Стабильность

Нефтяные масла в рабочих условиях подвергаются воздейст­вию кислорода воздуха при повышенных температурах и катали­тическом влиянии материала смазываемых частей механизмов.

В этих условиях все углеводородные компоненты масла и тем более смолистые вещества в той или иной степени могут вступать в реакции окисления. Направление и скорость окисления и даль­нейших сложных химических превращений компонентов масла за­висит от химического состава масла, условий эксплуатации и глав­ным образом от температуры. С точки зрения химического состава наиболее стабильными являются масла, не содержащие в замет­ных количествах смолистых, сернистых и кислородных соединений и состоящие в основном из смеси малоциклических нафтеновых, ароматических и смешанных (гибридных) нафтеново-ароматиче-ских углеводородов с длинными боковыми цепями предельного ха­рактера. С точки зрения условий эксплуатации наиболее быстро и глубоко протекают всевозможные реакции окисления и уплотне­ния на сильно нагретых (200—300 °С) деталях поршневой группы двигателей внутреннего сгорания и воздушных компрессоров. Тур­бинные и трансформаторные масла не подвергаются сильному нагреву. В условиях длительной эксплуатации они окисляются во всем объеме, как говорят, в толстом слое. Такой же характер оки­сления имеет место в двигателях внутреннего сгорания, когда масло находится в маслобаке или в картере.

При циркуляционной смазке, когда одна и та же порция масла вновь и вновь прокачивается через нагретые узлы трения и нахо­дится там в тонком слое, в масле постепенно накапливаются раз­нообразные продукты окисления, окислительной полимеризации и конденсации: жирные и нафтеновые кислоты (от муравьиной до высокомолекулярных с числом углеродных атомов выше20),окси-кислоты, непредельные кислоты, фенолы, альдегиды, кетоиы, слож­ные эфиры (лактоны, лактиды) и смолистые высокомолекулярные вещества (асфальтены, асфальтогеновые кислоты и карбены).

Образование и накопление всех этих веществ вызывает весьма вредные последствия: усиление коррозии, выпадение осадков (шлама), нагаро- и лакообразование.

Для тех масел, которые в условиях длительной эксплуатации не подвергаются сильному нагреву, а контакт с воздухом у них ограничен (турбинные и трансформаторные масла), основными вредными продуктами окисления являются кислоты и нераствори­мые в масле вещества, выпадающие в виде шлама в осадок. В трансформаторах шлам откладывается на различных поверхно­стях, что приводит к их перегреву. Стабильность таких масел оце­нивают по методу Всесоюзного теплотехнического института (ВТИ) путем ускоренного окисления в лабораторных условиях. Испытуе­мое масло считается стабильным, если кислотное число не превы­шает 0,05—0,5 мг КОН на 1 г масла, а осадка выпадает не более 0,05—0,3% для разных масел.

Этим же методом оценивается склонность к окислению масел для воздушных компрессоров и компрессоров холодильных, машин. В компрессорах масло находится в.непосредственном контакте со сжатым воздухом при температуре порядка 200 °С. Поэтому у не­стабильных масел могут довольно быстро образовываться конеч­ные продукты окисления — асфальтогеновые кислоты и асфальте-ны, которые отлагаются на цилиндре в виде нагара, что иногда является причиной взрывов компрессоров. Если же масло выдер­живает испытание на стабильность при ускоренном окислении, то это в известной мере является гарантией их стабильности.

В двигателях внутреннего сгорания, где смазочные масла под­вергаются воздействию наиболее высоких температур, окисление масла приводит ко всем перечисленным выше вредным послед­ствиям. Однако с практической точки зрения наибольшие эксплуа­тационные осложнения возникают из-за отложений лаковых пле­нок и нагара на цилиндрах, поршнях, клапанах и других деталях. Одним из последствий этого является пригорание поршневых ко­лец, что приводит к ухудшению компрессии, увеличению износа, возрастанию механических потерь и к укорочению межремонтных сроков. В целом нагаро- и лакообразование в двигателях внутрен­него сгорания нарушает процесс сгорания топлива, снижает мощ­ность и экономичность двигателя. Поэтому для моторных масел наряду с методами ускоренного окисления предложены и внедрены в практику контроля следующие специальные методы испытания на лакообразование, которые в какой-то мере отражают поведение масла в реальных двигателях.

1. Определение термоокислительной стабильности по методу Папок. Нормируемым показателем стабильности в этом методе яв­ляется время, в течение которого при заданной температуре масло в условиях испытания создает лаковую пленку, способную удер­жать стандартное кольцо при отрыве его усилием 10 Н (1 кгс). Нормами предусмотрено, что термоокислительная стабильность при 250°С для авиационных, автомобильных и дизельных масел не должна быть менее 17—35 мин.

2. Определение моющих свойств по методу Папок, Зарубина и Виппера (ПЗВ) в условных баллах. Сущность метода заключается в испытании 250 мл масла в течение 2 ч на одноцилиндровом дви­гателе с последующей оценкой лакообразования на боковой по­верхности поршня путем сравнения со стандартной цветовой шка­лой в баллах от 0 до 6. Этим показателем оцениваются автолы и дизельные масла.

3. Метод оценки моторных качеств дизельных масел. Опреде­ление моторных свойств масел по этому методу заключается в оценке нагаро- и лакообразования на поршне, закоксовывания поршневых колец и износа деталей после 120-часового испытания на одноцилиндровых универсальных установках (УИМ-6-НАТИ, НАМИ-1, ДК-2и др.).