СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВСПЫШКИ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ
METHOD TO DETERMINE LUBRICATING OILS FLASH TEMPERATURE

Изобретение относится к области испытания материалов с помощью нагрева, в частности к технологии определения температуры вспышки смазочных масел без использования поджога паров, и может быть использовано при оценке эксплуатационных характеристик товарных и работающих смазочных масел.
Температура вспышки смазочных масел характеризует их способность к воспламенению при нагреве и последующему распространению пламени, поэтому является важным критерием для определения их огнеопасности, а также опасности взрыва. На практике этот параметр подлежит обязательному определению согласно ГОСТ 4333-87 и ГОСТ 6356-75. Известные методы определения температуры вспышки масел и нефтепродуктов, регламентированные как отечественными, так и зарубежными стандартами, основаны на регистрации температуры, при которой пары над поверхностью нефтепродукта (масла), нагреваемого в установленных стандартами условиях, вспыхивают при поднесении пламени от зажигательного устройства. Для реализации этих методов используются установки, в том числе, автоматизированные, содержащие поджигающие устройства (RU 2166189 С2 - 27.04.2001, RU 2178885 С2 - 27.01.2002, RU 2269120 С1 - 27.01.2006, RU 2282181 С1 - 20.08.2006, RU 2365907 С1 - 27.08.2009, CN 103604830 (А) - 2014-02-26).
Недостатком известных методов определения температуры вспышки масел и нефтепродуктов является необходимость осуществления поджога и использование для этого специальных зажигательных устройств, а также сложность и громоздкость выявленного при исследовании технического уровня оборудования, к тому же, не гарантирующего точность определения температуры вспышки.
В качестве прототипа принят отечественный стандарт на метод определения температуры вспышки масел и темных нефтепродуктов, согласно которому испытываемую жидкость нагревают в открытом тигле, подвергают испытанию воспламенением и при успешном зажигании проводят регистрацию температуры вспышки, при которой пары нефтепродукта образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени (ГОСТ 4333-87 Нефтепродукты. Методы определения температур вспышки и воспламенения в открытом тигле, прототип).
Недостатком прототипа, как и всех известных аналогов, является необходимость осуществления поджога и использование для этого специальных устройств, усложняющих технологию и повышающих трудоемкость, а также низкая точность определения температуры вспышки из-за погрешности, обусловленной тем, что не учитывается фактическая масса испарившегося нефтепродукта, так как при нагревании смазочных масел до температуры вспышки вначале происходит испарение легких фракций, а затем более тяжелых, вспышка которых происходит при более высоких температурах нагрева нефтепродукта.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание простого и более точного метода определения температуры вспышки смазочных масел без поджога и испытания воспламенением, с учетом массы всех фракций испарившегося смазочного масла во время его нагревания.
Технический результат, достигаемый при решении технической проблемы, заключается в повышении точности определения температуры вспышки, снижении трудоемкости способа и в упрощении используемых средств за счет исключения испытания воспламенением.
Для решения технической проблемы предложен способ определения температуры вспышки смазочных масел, при котором пробу смазочного масла нагревают и определяют температуру вспышки. Согласно изобретению, пробу смазочного масла постоянной массы термостатируют при атмосферном давлении без перемешивания, минимум при двух температурах ниже температуры вспышки в течение времени, обеспечивающего испарение установленной минимальной массы смазочного масла, причем через равные промежутки времени испытания термостатированную пробу взвешивают, определяют массу испарившегося смазочного масла, продолжают термостатирование до установленной массы испарившегося смазочного масла при каждой температуре, строят графические зависимости массы испарившегося смазочного масла от времени и температуры термостатирования, по которым определяют время достижения установленного значения массы испарившегося смазочного масла при двух температурах, расчетным методом определяют время достижения установленного значения массы испарившегося смазочного масла при температурах выше принятых, определяют десятичные логарифмы времени достижения принятых значений массы испарившегося смазочного масла, строят графическую зависимость десятичных логарифмов времени достижения установленной массы испарившегося смазочного масла от температурного диапазона термостатирования, а температуры вспышки определяют по пересечению вышеуказанной зависимости с осью абсцисс.
Для испытания в качестве примеров реализации способа взяты моторные масла следующих марок: минеральное - Лукойл Супер 15W-40 SG/CD; частично синтетическое - Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF; частично синтетическое - Mannol Molibden 10W-40 SL/CF. При этом результаты испытаний указанных моторных масел отражены соответственно на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3
На фиг. 1а представлены зависимости испаряемости G от времени и температуры термостатирования: 1 - 180°С; 2 - 170°С; 3 - 160°С; на фиг. 1б - зависимости десятичного логарифма времени достижения установленных значений испаряемости G от температуры термостатирования минерального моторного масла Лукойл Супер 15W-40 SG/CD: 1 - G=1 г; 2 - G=2 г; на фиг. 2а - зависимости испаряемости от времени и температуры термостатирования: 1 - 180°С; 2 - 170°С; 3 - 160°С; на фиг. 2б - зависимости десятичного логарифма времени достижения установленных значений испаряемости от температуры термостатирования частично синтетического моторного масла Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF: 1 - G=1 г; 2 - G=2 г; на фиг. 3а - зависимости испаряемости от времени и температуры термостатирования: 1 - 180°С; 2 - 170°С; 3 - 160°С; на фиг. 3б - зависимости десятичного логарифма времени достижения установленных значений испаряемости от температуры термостатирования частично синтетического моторного масла Mannol Molibden 10W-40 SL/CF: 1 - G=1 г; 2 - G=2 г.
Способ определения температуры вспышки смазочных масел осуществляется следующим образом. Пробы масла постоянной массы, например, 100±0.1 г, термостатируются в стеклянном стакане без перемешивания в течение постоянного времени, например 2 часа при трех температурах, например 160°С, 170°С, 180°С. После постоянного времени термостатирования пробу масла взвешивают, определяют массу испарившегося масла. Термостатирование масла продолжают до достижения испаряемости G, равной 2 г при каждой температуре. По полученным данным испаряемости масла строят графические зависимости испаряемости G от времени и температуры термостатирования, по которым определяют время достижения испаряемости одного и двух граммов (G=1 г и G=2 г), для каждой температуры (фиг. 1а, 2а, 3а).
Используя известную формулу, можно рассчитать время испарения одного или двух граммов исследуемого масла для любых температур ниже критических, при которых происходит его воспламенение (Кондаков Л.А. Рабочие жидкости и уравнения гидравлических систем / Л.А. Кондаков. - М.: Машиностроение, 1982 - 216 с.).
x
х
1
2
2
где t - время испарения 1-го и 2-х граммов моторного масла при искомой температуре Т; t1 - время испарения 1-го и 2-х граммов масла при температуре Т; t - время испарения 1-го и 2-х граммов масла при температуре Т.
Определив время испарения одного и двух граммов испытуемого масла для выбранных температур по экспериментальным зависимостям (фиг. 1а, 2а, 3а), а также значения расчетного времени для других температур, необходимо вычислить десятичный логарифм полученных значений времени испарения и построить графические зависимости логарифма времени испарения одного и двух граммов масла от температуры термостатирования (фиг. 1б, 2б, 3б), по которым определяют температуру, при которой данные зависимости пересекаются с осью абсцисс, точка пересечения соответствует температуре вспышки для исследуемого смазочного материала. Согласно данным (фиг. 1б, 2б, 3б), точка пересечения с осью абсцисс зависит от массы испарившегося масла, поэтому для сравнения температуры вспышки исследуемого смазочного масла необходимо исследования проводить при испарении выработанной массы, например, 1 грамма, что снижает трудоемкость способа определения температуры вспышки.
В таблице 1 приведены экспериментальные и расчетные данные времени испарения одного и двух граммов массы трех исследуемых моторных масел от температуры термостатирования.
В таблице 2 представлены результаты определения температуры вспышки исследуемых моторных масел и справочные данные.
Согласно данным таблицы 2 видно, что с увеличением массы испарившегося испытуемого моторного масла увеличивается температура вспышки, поэтому для сравнения различных смазочных масел необходимо выбрать постоянную массу испарившегося масла, например, 1 грамм.
Сравнивая данные температуры вспышки, полученные с помощью предлагаемого способа, со справочными данными, видно, что при испарении 1 грамма масла температура вспышки исследуемых масел ниже справочных данных, так как в представленном способе учитывается вся масса испарившегося масла. При испарении 2-х граммов масла температура вспышки у двух масел оказалась выше справочных данных, а у одного ниже, что также объясняется учетом всей массы испарившегося масла. Справочные данные в различных источниках значительно отличаются.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность определения температуры вспышки, упростить конструкцию средств контроля и испытания, исключить поджог смеси паров нефтепродукта с воздухом.