|
|
Технический прогресс в
машиностроении — развитие высокопроизводительного, высокоточного и с числовым
программным управлением автоматизированных модулей, роботов и другого
надежного и долговечного оборудования - потребовал создания качественно новых
индустриальных масел. Нефтеперерабатывающая промышленность производит большой
ассортимент современных легированных индустриальных масел с улучшенными
эксплуатационными свойствами: антнокислнтельнымн смазывающими, защитными,
деэмульгирующими и др. Применение легированных индустриальных масел (с
присадками) обеспечивает повышение надежности и долговечности работы
оборудования и его производительности, увеличение срока службы масел в 2—4
раза по сравнению с маслами без присадок.
Ассортимент масел, употребляемых для промышленного
оборудования и машин, практически шире приведенного в данной главе. В этих
целях, помимо индустриальных, используют многие масла, отнесенные по
основному назначению в моторные, гидравлические, трансмиссионные, турбинные и
другие группы. В ряде случаев возникает необходимость использования продуктов
ненефтяного происхождения, получаемых на основе кремнийорганических, фосфор-,
серо- и фторсодержащих соединений и др.
СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЯ
Длительное время в СССР не было технически обоснованной и
общепринятой классификации индустриальных масел. В зависимости от области
применения их условно классифицировали иа масла общего и специального
назначения. Кроме того, масла каждой из этих групп подразделяли на три
подгруппы по кинематической вязкости при 50 и 100 °С. Имело место разделение
по характеру исходной нефти — иа масла из малосернистых и сернистых нефтей;
по способу очистки — иа масла селективной, сернокислотной, адсорбционной,
выщелоченные и др. При разработке легированных масел их обозначали,
руководствуясь сложившимися правилами, например: масла серии ИГП —
индустриальные гидравлические с присадками; ИСП — индустриальные из сернистых
нефтей с присадками и т. п.
На основе отечественного и зарубежного опыта по созданию
классификаций смазочных масел, изучения технических требований к
индустриальным маслам, опыта разработки и применения легированных масел
впервые разработана технически обосиоваииая классификация индустриальных
масел. Она отражена в ГОСТ 17479.4—87 («Обозначение нефтепродуктов. Масла
индустриальные»). Стандарт учитывает международные стандарты (ISO 3448—75
«Смазочиые материалы индустриальные. Классификация вязкости», ISO 6743/0—81
(«Классификация смазок и индустриальных масел») и отечественный ГОСТ
17479.0—85 («Обозначение нефтепродуктов. Общие требования»), В единой системе
обозначений индустриальных масел учтено применение их в различном
промышленном оборудовании: станках, прессах, прокатных и волочильных стаиах,
машинах и оборудовании, в которых используются редукторы, подшипниках и
других элементах различных конструкций и усло
вий эксплуатации, а также гидравлические системы и др.
Масла, предназначенные для смазывания промышленного оборудования, выделяют в
самостоятельную группу и им присваивают общее условное наименование
«Индустриальные масла». В отличие от моторных, трансмиссионных и других масел
специального назначения они обозначаются буквой «И».
Обозначение индустриальных масел включает группу знаков,
разделенных между собой дефисом. Первая буква «И», вторая прописная буква
определяет принадлежность к группе по назначению, третья прописная буква —
принадлежность к подгруппе по эксплуатационным свойствам и четвертый знак —
цифра характеризует класс по кинематической вязкости. По назначению
индустриальные масла делят иа 4 группы ( 5.1, в этой же таблице приведены
обозначения по стандарту ISO).
По уровню эксплуатационных свойств выделено 5 подгрупп (
5.2) и в зависимости от кинематической вязкости при 40 °С индустриальные
масла подразделяют на 18 классов ( 5.3). Деление масел по назначению
соответствует ISO 3498—79 и 6743/0—81, а по вязкости — ISO 3448—75.
Пример обозначения индустриального масла: И-Г-С-32 —
индустриальное масло (И), группы Г, подгруппы С, класса вязкости 32.
Внедрение ГОСТ 17479.4—87 будет способствовать унификации
существующего ассортимента индустриальных масел. Соответствие обозначений
индустриальных масел, принятых по стандарту, обозначениям, ранее принятым в
нормативно-технн- ческой документации и группам по назначению классификации
ISO 6743/0—81
СВОЙСТВА
Назначение индустриальных масел—обеспечить снижение трения
и износа в трущихся частях металлорежущих станков, прессов, прокатных станов
и другого промышленного оборудования. Одновременно индустриальные масла
должны отводить тепло от узлов трения, защищать детали от коррозии, очищать
трущиеся поверхности от загрязнения, быть уплотняющим средством, не допускать
образования пены при контакте с воздухом, предотвращать образование стойких
эмульсин с водой или быть способным эмульгировать, хорошо фильтроваться через
фильтрующие элементы, быть нетоксичными, не обладать неприятным запахом и т.
д. В условиях применения смазочные масла подвергаются воздействию высоких
температур и давлений, контактируют с различными металлами, воздухом, водой и
различными агрессивными средами. Поэтому в период эксплуатации они окисляются
— повышается вязкость, кислотное число, коррозионная вктивность, засоряются
продуктами износа — усиливается абразивный износ, ухудшается фильтрование,
появляются продукты деструкции — понижается вязкость, температура вспышки,
появляется вода и др.
Ниже приведены основные нормируемые для индустриальных
масел показатели качества и их значение.
Плотность непосредственно связана с такими важными
свойствами, как вязкость и сжимаемость. Она существенно влияет на
передаваемую гидропередачей мощность и определяет запас энергии в масле при
его циркуляции. Применение масел высокой плотности позволяет существенно
уменьшить размеры гидропередачи при. той же мощности. При повышении давления
плотность масел (возрастает вследствие их сжимаемости:
Давление, МПа 0,1 35 105 140
Плотность, кг/м5 885 895 920 930
Вязкость. Смазочные масла для промышленного оборудования
выбирают главным образом по их вязкости. Вязкость — одно из важных свойств,
имеющих эксплуатационное значение и общее для большинства масел. При
гидродинамических расчетах, связанных с конструированием узлов трения и
подбором для них масла, обычно используют кинематическую вязкость. Эту
вязкость обязательно нормируют для всех минеральных масел. Длительное время
кинематическая вязкость индусгри- альных масел определялась при температурах
50 и 100°С. В настоящее время принятой по классификации ISO 3448-75 является
температура 40 °С (вместо 50°С). При выборе масла следует учитывать три
критических значения вязкости: оптимальное при нормальной рабочгй
температуре, минимальное при максимальной рабочей температуре и максимальное
при самой низком температуре.
Вязкость масла в значительной степени зависит от давления.
Это имеет особое значение при смазьжании механизмов, работающих с большими
удельными нагрузками и высоким давлением в узлах трения, что должно
учитываться при конструировании и расчетах механизмов. Требуемый уровень
вязкости в рабочих условиях положительно сказывается на смазывающих свойствах
масла: между трущимися поверхностями создается прочный смазочный слой.
При высоком давлении вязкость может возрасти настолько,
что масло потеряет свойства жидкости и превратится в квазн- пластичпое тело.
При давлении >1015 Па минеральное масло превращается в твердое тело. При
снятии нагрузки первоначальная вязкость восстанавливается. Вязкость масел при
всех температурах с увеличением давления растет неодинаково и тем
значительнее, чем выше давление и ниже температура.
Индекс вязкости характеризует вязкостно-температурные
свойства масел. Для перевода одних единиц вязкости в другие, для расчета
вязкости смеси смазочных масел и для расчета изменения вязкости от
температуры или определения индекса вязкости масел следует пользоваться
соответствующими формулами, номограммами, таблицами и графиками.
Индекс вязкости масла 85 и выше указывает на
хорошие вязкостно-температурные свойства. Для гидравлических систем
современного оборудования необходимы масла с индексом вязкости >100 и
загущенные масла с индексом вязкости 110—200. Этот показатель особенно важен
для масел, применяемых в условиях, когда при изменении рабочих температур
недопустимо даже незначительное изменение вязкости (например, для
гидравлических систем, высокоскоростных механизмов, для гидродинамических
направляющих скольжения и др.). Как правило, индустриальные масла
эксплуатируются при сравнительно низких температурах (50—60°С), поэтому в
соответствии с ГОСТ 4.24—84 нормирование индекса вязкости не обязательно.
Температура застывания определяется в статических услови-
их (в пробирке) и не характеризует надежно подвижность масла при низкой
температуре в условиях эксплуатации. Характеристикой подвижности масел при
низкой температуре служит вязкость при соответствующей температуре, верхний
предел которой зависит от условий эксплуатации и конструкции механизмов.
Применение присадок позволяет понизить температуру застывания масел. Данные
по температуре застывания масел необходимы прн проведении нефтескладских
операции (слив, налив, храпение).
Температура вспышки —та температура, при которой пары
масла образуют с воздухом смесь, воспламеняющуюся при поднесении к пен
пламени. Характеризует огнеопасность масла и указывает иа наличие в нем
кизкокипящих фракций. Ее определяют в приборах открытого и закрытого типа. В
открытом приборе температура вспышки минеральных масел на 20—25 °С выше, чем
в закрытом.
Зольность—количество неорганических примесей, остающихся
от сжигания навески масла, выраженное в процентах к массе масла. Высокая
зольность масел без присадок указывает на недостаточную его очистку, т. е. па
наличие в нем различных солей и несгораемых механических примесей и
содержание зольных присадок в легированных маслах. Обычно зольность масел
составляет 0,002—0,4% (масс.).
Содержание механических примесей, воды, селективных
растворителей и водорастворимых кислот и щелочей. По этому показателю
контролируют качество масел при их производстве, а также при определении
срока службы масла для оценки пригодности его для дальнейшего применения
(отсутствие или определенная норма в маслах загрязнений и веществ, агрессивных
по отношению к металлическим поверхностям).
Цвет — показатель степени очистки и происхождения
минеральных масел. Некоторые присадки, вводимые в масла, ухудшают их цвет.
Изменение цвета масел в процессе эксплуатации косвенно характеризует степень
их окисления или загрязнения.
Кислотное число также характеризует степень очистки
минеральных масел и отчасти их стабильность в процессе эксплуатации и
хранения. Этот показатель не характерен для масел с присадками, так как в
присутствии некоторых из них увеличивается кислотное число и в то же время
повышается стабильность масел при длительной эксплуатации и хранении.
Содержание серы зависит от природы нефти, из которой
выработано масло, а также глубина его очистки. При применении процессов
гидрооблагораживания содержание серы в мас.и1 указывает на глубину процесса
гидрирования. В очищенных маслах из сернистых нефтей сера содержится в виде
органических соединений, не вызывающих в обычных условиях коррозии черных и
цветных металлов. Агрессивное действие серы возможно прн высоких
температурах, например при использовании масел в качестве закалочной среды,
контактирующей с раскаленной поверхностью металла. Масла с присадками, в
состав которых входит сера, содержат больше серы, чем базовые масла.
Серосодержащие присадки вводят в масло для улучшения их смазывающих свойств.
Антиокислительная стабильность индустриальных масел в
процессе эксплуатации и хранения — одна из важных характеристик их
эксплуатационных свойств. По антиокислительной или химической стабильности
определяют стойкость масла к окислению кислородом воздуха. Все минеральные
масла, соприкасаясь с воздухом при высокой температуре, взаимодействуют с
кислородом и окисляются. Недостаточная антиокнслительная стабильность масел
приводит к быстрому их окислению, сопровождающемуся образованием растворимых
и нерастворимых продуктов окисления (органических кислот, смол, асфаль- тенов
и др.). При этом в масле появляются осадки в виде лака и шлама, нарушающие
циркуляцию масла в системе и образующие агрессивные продукты, которые
вызывают коррозию деталей машии. Срок службы масла при окислении значительно
сокращается, повышается его коррозионность, ухудшается способность отделять
воду и растворенный воздух. На окисление масла влияют многие факторы:
температура, пенообразование, содержание воды, органических кислот,
металлических продуктов износа и других загрязнений.
Химически стабильные масла, работоспособные при высокой
температуре, должны создаваться на использовании глубоко- очищенных базовых
масел с антиокислнтельными присадками. Современные легированные
индустриальные масла для улучшения антиокислительной стабильности содержат
специальные присадки. Особенно важны антиокислительные свойства для масел,
работающих в узлах трения и механизмах при повышенной температуре и при интенсивной
циркуляции и перемешивании.
Защитные (консервационные) свойства определяют способность
индустриальных масел предотвращать агрессивное дей ствие иа детали машин
органических кислот, содержащихся в маслах и образующихся в результате
окисления при наличии влаги, попадающей в масла в процессе эксплуатации
(конден сация из воздуха, охлаждающая вода и др.), а также веществ,
агрессивных по отношению к некоторым металлам. Коррозия черных металлов
возникает при попадании в масло воды, ацвет- ных металлов и сплавов
вызывается действием органических кислот, образующихся при окислении масла и
некоторых присадок. Вода, а также частицы продуктов коррозии стимулируют
коррозионную агрессивность органических кислот. Кроме того, попадая в зону
треиия, частички продуктов коррозии действуют как абразив и повышают
интенсивность изнашивания. Коррозия цветных металлов усиливается с повышением
температуры. Защитные свойства улучшаются при введении в масло
маслорастворимых ингибиторов коррозии, антикоррозионных присадок, которые
препятствуют контакту металла с влагой и органическими кислотами.
Смазывающие свойства характеризуют способность масел
улучшать работоспособность поверхности трения путем максимального уменьшения
износа и трения. Они оцениваются показателем износа, антифрикционными и
противозадирными свойствами. Смазывающие свойства масел позволяют судить об
их способности предотвращать любой вид удаления материала с контактирующих
поверхностей (умеренный износ, задир, выкрашивание, коррозионно-механический,
абразивный и др.). При работе узлов и механизмов в условиях
гидродинамического режима трения требования по смазывающим свойствам
обеспечиваются минеральными маслами соответствующей вязкости без присадок.
При работе узлов и механизмов в условиях граничной смазки смазывающие
свойства масел не обеспечиваются естественным составом минеральных масел.
Учитывая, что прн работе машин и механизмов имеет место как граничная (пуск,
остановка), так и гидродинамическая (рабочие условия, например,
гидравлической системы) смазка, к большинству индустриальных масел
предъявляют более жесткие требования по показателю износа, чем к маслам без
присадок. Для предотвращения износа и заедания в масло вводят соответствующие
присадки, которые на поверхности трения при определенных температурах создают
защитные пленки.
В некоторых конструкциях лопастных насосов при высоких
скоростях вращения, нагрузках и локальных температурах создаются условия, при
которых масляная пленка разрушается с образованием контакта металл — металл;
наступает катастрофический износ.
При использовании гидравлических масел с противоизносны-
ми присадками следует иметь в виду, что некоторые из них, например,
диалкилдитиофосфаты цинка, способствуют повышенному коррозионному износу
детален из медных сплавов. Это необходимо учитывать при подборе масел для
насосов и других механизмов, детали которых выполнены из определенных марок
бронзы для обеспечения минимального трения при запуске. В этом случае следует
применять масла с антиокислительными и антикоррозионными или противоизкосными
присадками, нейтральными по отношению к сплавам из меди.
Антифрикционные свойства индустриальных масел не
нормируют, но они являются косвенным показателем смазывающей способности.
Противопенные свойства оценивают способность масел
выделять воздух или другие газы без появления пены. Образование пены приводит
к потерям масла, увеличению его сжимаемости, ухудшению смазывающей и
охлаждающей способностей, вызывает более интенсивное окисление масла.
Способность противостоять вспениванию особенно важна для масел, используемых
в гидравлических системах и для смазывания высокоскоростных механизмов, так
как при их контакте с атмосферой при обычной температуре содержание
растворенного воздуха достигает 8—9% (об.). Большинство современных
легированных масел содержат антипенные присадки, которые способствуют
разрушению пузырьков пены на поверхности и предотвращают пенообразование.
Деэмульгирующие свойства свидетельствуют о способности
масла обеспечивать быстрый отстой воды. Масла с плохими де- эмульгирующими
свойствами при обводнении образуют стойкие водомасляные эмульсии. При этом
уменьшается вязкость масла, ухудшаются условия трения, металлические
поверхности подвергаются коррозии, повышается температура застывании и т. д.
Эти свойства минеральных масел улучшаются введением в них деэмульгаторов.
Содержание активных элементов. Определение содержания
цинка, фосфора, серы, хлора и других активных элементов служит для контроля
за количеством вводимых в легированные масла присадок при производстве.
Для индустриальных масел специального назначения
дополнительно нормируют такие показатели качества, как липкость, смываемость,
эмульгируемость, стабильность вязкости загущенных масел, степень чистоты и
др. В связи с ужесточением требований к эксплуатационным свойствам индустриальных
масел нормируемые показатели их качества будут, очевидно, дополняться новыми.
|