Устройство для термической деструкции масел Советский патент 1984 года по МПК G01N33/28 

2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что нагреватель выполнен из отдельных секций. 1105815 расположенных снаружи вдоль емкости, казвдая из которых снабжена системой регулирования мощности.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ МАСЕЛ, содержащее емкость для окисления масла в тонком слое с размещенными в ней с зазором испарителем и нагревателем, отличающееся тем, что, с целью расширения возможности исследования деструкции масел в условиях, приближенных к реальным, оно дополнительно снабжено торцовым нагревателем, а испаритель вьшолнен в виде неподвижно установленного поршня продольными пазами по образующей и кольцевыми канавками. (Л СП 00 ел

f

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано в лабораториях при исследовании влияния различных присадок, в частности твердых ингибиторов старения, и пакетов присадок на термическую стабильность и антиокислительные свойства моторных масел и их работоспособность.

Для изучения терш ческой деструкции моторных масел может быть использована, например, известная установка ИКМ, применяемая в настоящее время промьшшенностью для оценки антиокислительных свойств моторных масел. Установка ИКМ представляет собой двигатель внутреннего сгорания, имеющий цилиндр, вставленный Б него поршень и нагреватели для предварительного разогрева масла Дпя проведения испытания в картер двигателя заливают масло, нагревают его до 70°С, затем пускают двигатель и производят обкатку в течение 4 ч. После обкатки производят замену отработанного масла свежим, нагревают его до 70°С, прокручивают двигатель электромотором в течение 2 мин и пускают двигатель. Испытание проводят в течение 40 ч этапами по 10 ч при температуре головки 1щлиндра (под свечой) 250°С и температуре масла в картеле 120°С СОI

Недостатком установки ИКМ являются ограниченные возможности эксперимента, что обусловлено невозможностью испытаний при повьниенньгх температурных режимах. Это связано с тем, что чрезмерное увеличение температуры может привести к чрезмерным температурным деформациям деталей, заклиниванию поршня и выходу из стро двигателя. Следовательно, установка не может обеспечить проведение экспериментов при высоких температурах, имитирующих условия работы масла в двигателе внутреннего сгорания.

Известно устройство для оценки термоокислительной стабильности масел, которое может быть использовано для исследования деструкции моторных масел. Устройство содержит узел окисления масла в тонком слое, имеющий емкость, внутри которой размещен нагреватель с надевающимся на него стаканом. Масло нагревается до заданной температуры и попадает в кольцевую камеру, образованную стенками емкости и стакана, где омывает стенки, нагретые до высокой температуры (на 50-100° выше температуры масла в резервуаре) С 2 .

Недостаток устройства заключается в ограниченных возможностях исследования деструкции масел, так как оно не может обеспечить условий эксперимента, близких к условиям работы моторных масел в двигателях внутреннег сгорания. Так, устройство не может обеспечить нагрев поверхностей с заданным графиком температур, что важно для двигателей внутреннего сгорания, где температура изменяется от максимальной в камере сгорания до минимальной в районе картера.

Кроме того, поверхности емкости и стакана, образующие кольцевую камеру, являются гладкостенными,поэтому процесс деструкции проходит без существенных изменений условий только в тонком слое масла кольцевой камеры. В реальном двигателе процесс деструкции происходит как в кольцевом зазоре между поршнем и цилиндром, которьй Б исправном и прогретом двигателе практически равен нулю, так и в кольцевых канавках поршневых колец.

Цель изобретения - расширение возможности исследования деструкции масел в условиях, приближенных к реальным.

Для достижения погтанпенлой цели устройство для термической деструкции масел, состоящее из емкости для окисления масла в тонком слое с размещенными в ней с зазором испарителем и нагревателем, дополнительно снабжено торцовьм нагревателем,а испаритель ьыполнен в виде неподвижно установленного поршня с продольными пазами по образующей и кольцевыми канавками.

При этом нагреватель выполнен из отдельных секций, расположенных снаружи вдоль емкости, каждая из которых снабжена системой регулирования мощности,

На фиг,1 показано предлагаемое устройство для термической деструкции масел; на фиг,2 - разрез А-А на фиг, 1,

Устройство состоит из емкости 1, испарителя, выполненного в виде поршня 2, неподвижно установленного внутри емкости.

Для имитации различных типов двигателей зазор между внутренней поверхностью емкости и внешней поверхностью испарителя устройства выполнен соответствующим зазору между цилиндром и поршнем двигателя, т,е, находится в пределах 0,02-0,4 мм,

С внешней стороны емкости 1 имеется нагреватель 3, состоящий из отдельных секций, расположенных снаружи вдоль емкость, и торцовый нагреватель 4,

Для нагнетания масла имеется трубопровод 5, а для слива масла трубопровод 6, Газовая среда подается внутрь устройства по трубопроводу 7,

На поверхности 8 по образующей испарителя 2 для слива избытка масл расположены продольные пазы 9 и для обеспечения промежуточного контакта разогретого масла с газовой средой выполнены кольцевые канавки 10,

Торцы емкости 1 герметично закрыты верхней 11 и нижней 12 торцовыми крышками, Верхняя торцовая крышка 11 имеет каналы для подвода газовой среды и испытуемого масла и обогревается торцовым нагревателем 4. Нижняя торцовая крышка 12 имеет каналы для отвода испытуемого масла и газовой среды,

В цилиндре двигателя внутреннего сгорания нагрев происходит неравномерно. В момент вспышки больше нагреваются головка поршня и гильза цилиндра в районе камеры сгорания, где температура максимальна. По мере удаления от камеры сгорания температура стенки цилиндра уменьшается. Кроме того, масло между поверхностью маслосъемного кольца поршня и гильзой цилиндра образует

пленку, толщина которой близка к

нулю, так как поверхность маслосъемника кольца прижата к поверхности гильзы и скользит по ней.

При соприкосновении масляной

пленки с раскаленной поверхностью гильзы цилиндра происходит деструкция масла с вьделением лакообразных фракций и продуктов окисления.

С целью имитации температурного

режима двигателя каждая секция нагревателя 3 и торцовьш нагреватель 4 снабжены индивидуальной системой регулирования мощности.

В зависимости от необходимой степени автоматизации для регулирования мощности секций нагревателя 3 и торцового нагревателя 4 могут быть использованы различного типа терморегуляторы, лабораторные автотрансформаторы ЛАТР, реостаты или автоматические системы регулирования мощности в зависимости от температуры ,

Для контроля градиента температуры вдоль емкости 1 по периметру верхней торцовой крышки 11 и в стенке емкости имеются продольные отверстия 13 различной глубины, в которые устанавливаются термометры

или термопары.

Устройство работает следую1(им образом.

Для имитации условий работы масла в двигателях внутреннего . сгорания устройство через трубопровод 7 заполняется инертным газом, содержащим продукты сгорания фракций нефти, и разогревается до температуры в верхней части цилиндра, близкой к температуре самовоспламенения масла (500°С) а в нижней части цилиндра - до температуры вспьш1ки ( С).

Для определения термоокислитель55ной стабильности масел устройство через трубопровод 7 заполняется воздухом. Верхняя и нижняя части емкости 1 разогреваются до 250 С

5

При испытании минеральных масел, до 350 С при испытании синтетически масел И до более высоких температур при испытании ceл iкoнoвыx масел и жидкостей.

При установлении стабильного температурного режима по трубопроводу 5 в емкость 1 подается масло, которое, стекая по поверхности испарителя 2, попадает в зазор между поверхностями емкости 1 и испарител 2, где происходит деструкция и полимеризация масляной пленки с образованием лаков и отложений, которые оцениваются весовым методом. Толщина пленки измеряется на приборе ВТ-ЗОН, масло анализируется с определением степени его окисления методами ИК-спектроскопии.

Масляная пленка в зазоре между поверхностями емкости 1 и испарителя 2 нагревается до температуры, близкой к температуре стэнки емкости (250-500°С), и при контакте с воздухом окисляется, а при заполнении инертным газом - пиролизуется при заполнении агрессивными газами (СО; 50,N О, N02) происходит химическое превращение масла..

Наличие кольцевых канавок 10 на поверхности 8 испарителя 2 позволяет повторять процесс деструкции многократно. Масло в зазоре между поверхностями 8 емкости 1 нагревается, попадает в канавку 10, где при соприкосновении с газовой средой происходит процесс деструкции, затем опять попадает в следующий зазор между поверхностями, опять разогревается до температуры стенки емкости 1, попадает в следующую канавку 10, где опять происходит деструкция масла и т.д. Многократное повторение процессов способствует увеличению продуктов деструкции масла, наличие и количество которых можно контролировать по интенсивности полос ИК-спектра.

Изменением потребляемой мощности секциями нагревателя 3 и торцовым нагревателем 4 в процессе эксперимента достигаются необходимые температурные условия деструкции с обеспечением заданных градиентов температур. Так, увеличение мощности верхних секций нагревателя 3

58156

в сочетании в торцовым нагревателем 4 позволяет разогреть до большой температуры верхнюю часть емкости 1 и получить температурный режим с 5 изменением температуры от максимальной до минимальной по направлению движения масла с постоянным или переменным градиентом.

Увеличение мощности нижних сек10 ций нагревателя 3 приводит к повышению температуры в нижней части , емкости 1 и позволяет получить температурный режим с изменением температуры от минимальной до мак)5 симальной по направлению движения масла также с различными градиентами.

Предлагаемое устройство для термической деструкции масел выполне20 но проточным, что позволяет использовать его для проведения эксперимента в составе гидравлической системы, имитирующей систему смазки, отказаться от натурных ис25 пытаний на двигателях и перейти к стендовым испытаниям с формированным температурным режимом, имитирующим температурный режим в двигателе внутреннего сгорания на раз2Q ных режимах его работы.

Повышение температуры в процессе испытаний возможно без ограничения в пределах, определенных свойствами масел. Это расширяет возможности эксперимента и позволяет снизить себестоимость испытаний.

Как известно, повышение температуры масляной пленки на каждые 10° увеличивает выход продуктов деструкции в два раза. Следует ожидать, что повышение температуры масла на каждые 50°С приведет к увеличению выхода продуктов деструкции в 2 32 раза, при этом продолжительность эксперимента, необходимая для получения одинакового количества продуктов деструкции, сократится тоже в 32 раза. Поэтому вполне реальным является сокращение продолжительности экспериментов на предлагаемой установке до 1 ч вместо 40 ч испытаний на установке ИКМ.

Наличие кольцевых канавок и продольных пазов обеспечивает многократный контакт горячего масла с газовой средой, что увеличивает этот эффект.