СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF DETERMINING MAXIMUM PERMISSIBLE PERFORMANCE INDICATORS OF LUBRICANTS

Изобретение относится к технологии определения качества нефтепродуктов и может применяться для контроля термоокислительной стабильности и температурной области работоспособности смазочных материалов.
Известен способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, заключающийся в том, что смазочный материал постоянной массы нагревают в термостойком стакане при температурах, превышающих температуру начала окисления, и перемешивают стеклянной мешалкой с постоянной скоростью вращения, через равные промежутки времени отбирают пробы для фотометрирования, определяют коэффициент поглощения светового потока окисленного масла и испаряемость взвешиванием пробы до и после испытания, строят графические зависимости этих параметров от температуры испытания, а термоокислительную стабильность смазочного материала определяют по критической температуре работоспособности, температуре начала окисления и температуре начала испарения (Патент РФ №2274850, дата приоритета 30. 08. 2004, дата публикации 20. 04. 2006, авторы: Ковальский Б.И. и др., RU).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ определения термоокислительной стойкости смазочных материалов, включающий нагревание пробы испытуемого смазочного материала постоянной массы в присутствии воздуха, перемешивание, фотометрирование, определение массы испарившейся пробы при испытании, построение графических зависимостей, по которым определяют параметры процесса окисления. При этом испытания проводят в двух циклах изменения температуры, одну пробу испытывают при ступенчатом увеличении температуры на 10°С от минимального до максимального значения, а другую пробу испытывают при ступенчатом уменьшении температуры от принятой максимальной величины до минимальной, причем через равные промежутки времени испытания для каждой температуры окисленную пробу взвешивают, определяют массу испарившегося смазочного материала и коэффициент испаряемости, как отношение массы испарившегося смазочного материала к массе пробы до испытания, отбирают часть окисленной пробы для определения оптической плотности, по полученным данным определяют коэффициент термоокислительной стабильности как сумму оптической плотности и коэффициента испаряемости, строят графические зависимости коэффициента термоокислительной стабильности, оптической плотности и испаряемости от циклов повышения и понижения температуры испытания, определяют регрессионные уравнения данных зависимостей, причем по уравнениям зависимостей коэффициента термоокислительной стабильности определяют температуру начала процессов преобразования в испытуемом смазочном материале в цикле повышения температуры испытания и критическую температуру в цикле понижения температуры испытания, а по координате абсциссы пересечения данных зависимостей определяют предельную температуру работоспособности, при этом значения этих параметров используют в качестве параметров термоокислительной стойкости, кроме того, по уравнениям зависимостей оптической плотности и испаряемости в циклах повышения температуры испытания смазочного материала определяют температуры начала процессов окисления и испарения, а в циклах понижения температуры испытания определяют критическую температуру окисления и испарения, а по координате абсцисс пересечения этих зависимостей определяют предельно допустимые температуры окисления и испарения исследуемого смазочного материала, которые также используют в качестве параметров термоокислительной стойкости (Патент РФ №2627562, дата приоритета 06.07.2016, дата публикации 08.08. 2017, авторы: Ковальский Б.И. и др., RU, прототип).
Общим недостатком известного аналога и прототипа является отсутствие информации о количестве тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и продуктами испарения, и влиянии ее на предельно допустимые показатели качества смазочных материалов.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение информативности контроля работоспособности смазочных материалов за счет учета тепловой энергии, поглощенной смазочным материалом, и ее влияния на предельно допустимые показатели смазочных материалов.
Для решения технической проблемы предложен способ определения предельно допустимых показателей работоспособности смазочных материалов, включающий нагревание пробы испытуемого смазочного материала постоянной массы в присутствии воздуха с перемешиванием и проведение испытаний в двух циклах изменения температуры при ступенчатом увеличении от минимального до максимального значения и ступенчатом уменьшении от принятой максимальной величины до минимальной, при этом через равные промежутки времени при каждой температуре пробу окисленного смазочного материала взвешивают, определяют массу испарившегося смазочного материала и коэффициент испаряемости, как отношение массы испарившегося смазочного материала к массе пробы до испытания, отбирают часть окисленной пробы для фотометрирования и определения оптической плотности, по полученным данным вычисляют коэффициент термоокислительной стабильности, как сумму оптической плотности и коэффициента испаряемости, полученные данные используют для оценки процесса окисления и определения температурных параметров работоспособности. Согласно изобретению, новым является то, что по значениям показателей термоокислительной стабильности, полученным для циклов повышения и понижения температуры испытания, дополнительно определяют величину тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, продуктами испарения, и суммарную тепловую энергию, поглощенную продуктами окисления и испарения при каждой температуре, как произведение значения температуры на время и значение показателя термоокислительной стабильности - оптической плотности, испаряемости, коэффициента термоокислительной стабильности, вычисляют десятичные логарифмы тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, продуктами испарения, и суммарной тепловой энергии, поглощенной этими продуктами, строят графические зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, продуктами испарения, и суммарной тепловой энергии от десятичного логарифма времени испытания, по которым определяют координаты точки пересечения данных зависимостей, характеризующие предельно допустимые показатели работоспособности смазочного материала, включающие время испытания до предельно допустимых значений оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности и предельно допустимых значений тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, испарения, и суммарной тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения, по которым сравниваются смазочные материалы.
Сущность способа поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлены зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления от десятичного логарифма времени испытания минерального моторного масла Mobil Super 1000 15W- 40 CL/CF от 150°С до 180°С для цикла повышения температуры (прямая 1) и цикла понижения температуры испытания от 180°С до 150°С (прямая 2); на фиг. 2 - зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами испарения от десятичного логарифма времени для цикла повышения температуры от 150°С до 180°С (прямая 1) и понижения температуры от 180°С до 150°С (прямая 2); на фиг. 3 - зависимости десятичного логарифма суммарной тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения от десятичного логарифма времени для цикла повышения температуры от 150°С до 180°С (прямая 1) и цикла понижения температуры от 180°С до 150°С (прямая 2).
G
Способ определения предельно допустимых показателей работоспособности смазочных материалов осуществляется следующим образом. Для исследования выбрано всесезонное универсальное моторное минеральное масло Mobil Super 1000 15W - 40 CL/CF. Пробу смазочного материала постоянной массы (100±1 г) помещают в прибор для термостатирования и термостатируют последовательно при температурах 150°С, 160°С, 170°С, 180°С, в цикле повышения температуры в течение постоянного времени, например, восемь часов при каждой температуре. При термостатировании проба смазочного материала перемешивается с помощью механической мешалки с постоянной частотой вращения, температура испытания поддерживается автоматически с точностью ±1°С. После каждой температуры проба окисленного смазочного материала взвешивается, определяется масса испарившегося масла и коэффициент испаряемости K:
где m - масса испарившейся пробы, г; М - масса пробы до испытания, г.
Отбирается часть пробы окисленного масла для фотометрирования и определения оптической плотности D
o
где (ϕ - световой поток, прошедший через кювету без смазочного материала, мкА; (ϕ - световой поток, прошедший через кювету, заполненную окисленным смазочным материалом, мкА;
После анализа проба окисленного смазочного материала испытывается при температуре на 10°С выше по той же технологии.
ТОС
Новая проба исследуемого смазочного материала испытывается в цикле понижения температуры от 180°С до 150°С по той же технологии и времени термостатирования. По полученным экспериментальным данным оптической плотности и испаряемости вычисляется коэффициент термоокислительной стабильности П, как сумма
D
G
ТОС
По экспериментальным данным оптической плотности, испаряемости и коэффициенту термоокислительной стабильности вычислялись значения тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления Q, испарения Q и суммарной тепловой энергии П, учитывающие процессы окисления и испарения, определяемые произведением
где Т - температура испытания, °С; t - время испытания, ч;
Вычисленные значения тепловой энергии логарифмировались (см. таблицу) и по полученным данным строились графические зависимости десятичного логарифма тепловой энергии от десятичного логарифма времени испытания.
На фиг. 1 представлены зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления от десятичного логарифма времени испытания минерального моторного масла Mobil Super 1000 15W - 40 CL/CF в циклах повышения температуры от 150°С до 180°С (прямая 1) и понижения температуры испытания от 180°С до 150°С (прямая 2). Данные зависимости описываются линейными уравнениями
Приравняв уравнения 7 и 8, определяется десятичный логарифм времени пересечения прямых 4,2069⋅lgf-4,2069⋅0,92=0,4873⋅lgt+1,6 3,7196⋅lgt=5,4703 lgt=1,4707 антилогарифм составил 29,56 часа, т.е. через 29,56 часа при температуре 180°С прямые пересекутся.
D
Для определения значения десятичного логарифма тепловой энергии при пересечении прямых 1 и 2 подставим десятичный логарифм времени lgt=1,4707 в любое уравнение (7 или 8) lgQ=4,2069⋅(1,4707-0,92)=2,3167антилогарифм 207,35.
Координата точки пересечения прямой 1 с осью абсцисс определяет время начала процесса окисления исследуемого моторного масла, логарифм которого равен 0,92, а антилогарифм составил 8,32 часа, т.е. при температуре 150°С за 8 часов испытания процессы окисления будут отсутствовать, а при температуре 160°С через 0,32 часа исследуемое масло начнет окисляться.
Таким образом, для исследуемого моторного масла определены дополнительные показатели работоспособности при окислении, которые составили: время начала окисления при температуре 160°С составило 0,32 часа; предельно допустимая температура составила 180°С, при этом время окисления - 29,56 часа; количество тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, составило 207,35.
На фиг. 2 представлены зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами испарения G от десятичного логарифма времени испытания исследуемого моторного масла Mobil Super 1000 15W - 40 CL/CF в циклах повышения температуры от 150°С до 180°С (кривая 1) и понижения температуры испытания от 180°С до 150°С (кривая 2). Данные зависимости описываются линейными уравнениями
Приравняв уравнение 9 и 10 определяется десятичный логарифм времени пересечения прямых l,7083⋅lgt+l,25=0,25⋅lgt+3,4 1,4583⋅lgt=2,15 lgt=1,4743 t=29,81 часа, т.е. через 29,81 часа при температуре 180°С прямые пересекутся.
G
Для определения значения десятичного логарифма тепловой энергии при пересечении прямых 1 и 2 подставим десятичный логарифм времени lgt=1,4743 в любое из уравнений 9 или 10 lgQ=1,7083⋅1,473+1,25=3,7685, а антилогарифм 5868,13.
Таким образом, при термостатировании минерального моторного масла установлены дополнительные показатели по испаряемости: предельно допустимая температура составила 180°С; при этом время испарения 29,81 часа; количество тепловой энергии, поглощенной продуктами испарения, составило 5868,13.
На фиг. 3 представлены зависимости десятичного логарифма суммарной тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения  от десятичного логарифма времени испытания исследуемого моторного масла Mobil Super 1000 15W - 40 CL/CF в циклах повышения температуры от 150°С до 180°С (прямая 1) и понижения температуры испытания от 180°С до 150°С (прямая 2). Данные зависимости описываются линейными уравнениями
Приравняв уравнение 11 и 12, определяется десятичный логарифм времени пересечения прямых 2,9107(lgt-0,64)=0,5331gt+1,7 2,3774⋅lgt=3,5628 lgf=l,4986  часов, т.е. через 31,52 часа при температуре 180°С прямые пересекутся.
Для определения десятичного логарифма тепловой энергии  поглощенной продуктами окисления и испарения при пересечении прямых 1 и 2 подставим десятичный логарифм времени lgt=1,4986 в любое из уравнений 11 или 12
ТОС
При термостатировании минерального моторного масла установлены дополнительные показатели по коэффициенту термоокислительной стабильности П: предельно допустимая температура составила 180°С, при этом время испытания 31,52 часа, количество суммарной тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения, составило 315,5.
ОК
D
G
Применение предлагаемого способа позволяет определить предельно допустимые значения: времени окисления t=29,56 часов; количество тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления Q=207,35; время испарения t=29,81; количество тепловой энергии, поглощенной продуктами испарения Q=5868,13; время преобразования  суммарное количество тепловой энергии поглощенной продуктами окисления и испарения, составило
Предлагаемое техническое решение позволяет расширить информацию о предельно допустимых показателях термоокислительной стабильности смазочных материалов в широком диапазоне температур, сравнивать смазочные материалы одного назначения, и промышленно применимо.
Технический результат заключается в повышении информативности контроля работоспособности смазочных материалов за счет учета тепловой энергии, поглощенной смазочным материалом.
Способ определения предельно допустимых показателей работоспособности
смазочных материалов