книги / Применение присадок в топливах

Рис. 80. Кислотность (/) и фак­ тические смолы (2) дизельного топлива с добавками КОБС

(квалификационным	мето­
дом) и коэффициента фильт-
руемости дизельного	топли­
ва, содержащего 5 и 10 %
КОБС. Для исследований ис­
пользовано дизельное топли­
во Л производства ОАО «Мо­
сковский НПЗ».
Показатели			Топливо
		без КОБС	с 5 % КОБС	с 10 % КОБС
Коэффициент фильтруемости		1.14	1,13	1,14
Осадок, мг/100 см3		1.7	0,5	2,2

То к с и ч н о с т ь . По ГОСТ 12.1.007-76 КОБС относится к III классу умеренно токсичных веществ. Его ПДК - 10 мг/м3. Он обладает характерным, не для всех приятным запахом, но особой опасности не представляет.

Г л а в а 10

МОДИФИКАТОРЫ ТРЕНИЯ

10.1.ПРИРАБОТОЧНЫЕ ПРИСАДКИ

Назначение. Приработочные присадки предназна­

чены для ускоренной приработки (обкатки) пар трения цилиндро­ поршневой группы и топливной аппаратуры при производстве или капитальном ремонте двигателей. Из этого следует, что они используются только в технологических операциях и не предна­ значены для постоянного применения в составе топлив.

При производстве двигателей приработочные присадки ис­ пользуются редко. Заводские технологии позволяют достичь вы­ сокой степени обработки деталей. Кроме того, обкатка двигателей часто совмещается с приёмо-сдаточными испытаниями, которые, согласно стандарту, должны проводиться на штатном топливе, т. е. не содержащем присадок1. Наибольший интерес представляет применение приработочных присадок при капитальном ремонте двигателей, особенно на предприятиях сельхозтехники. Двигате­ ли сельскохозяйственных машин работают в особо неблагоприят­ ных условиях (высокая запылённость, неравномерные нагрузки) и за время своей службы ремонтируются несколько раз. Ремонт­ ные заводы не успевают провести полноценную обкатку за отпу­ щенное на неё время - 1,5-3,5 ч. Поэтому обкатка отремонтиро­ ванной техники завершается в условиях эксплуатации, для чего скорости и нагрузки ограничиваются на 25 %. Для ускорения об­ катки на ремонтных заводах используются разные способы: при­ работочные покрытия на основе меди, присадки к топливу, возду­ ху и т. д. [191].

Благодаря приработке уменьшаются зазоры между трущими­ ся деталями цилиндро-поршневой группы, прецизионными пара­ ми топливных насосов и другого оборудования. В результате со­ кращаются до минимума подтекание масла и топлива и прорыв картерных газов. Приработанный двигатель тратит топлива на

1 Впрочем, обкатку можно проводить с использованием приработоч­ ных присадок, затем переходить на штатные ГСМ и снимать характери­ стики двигателя.

252

П ринцип дейст вия присадок зависит от прирабатываемой

пары. Приработка деталей цилиндро-поршневой группы осущест­ вляется за счёт абразивного истирания выступающих неровностей на контактирующих поверхностях с переносом снятого материа­ ла во впадины. Абразивом выступают продукты сгорания присад­ ки. За счёт выравнивания поверхностей зазор между трущимися деталями уменьшается. В результате поршневое кольцо плотнее прилегает к гильзе цилиндра, что обеспечивает более высокую компрессию. Что касается прецизионных пар топливного насоса, то в этом случае, вероятно, имеют место механохимические пре­ вращения компонентов присадки на ювенильной (свежеобразо­ ванной при истирании) поверхности с высоким уровнем свободной энергии, приводящие к образованию продуктов, содержащих ме­ талл и фрагменты присадки. Перераспределение этих продуктов по всей площади трения фактически приводит к перераспределе­ нию металла, собственно и означающего приработку.

Заметим, что обкатка двигателя может осуществляться не только через топливо, но и через масло. Фирма Shell, которой принадлежит много разработок в этой области, рекомендует хром­ содержащие присадки для обкатки двигателей через топливо, а присадки на основе соединений алюминия - через масло, там, где надо получить наибольшие изменения микрогеометрии поверхно­ сти [193].

Показатели эффективности определяются при проведении

обкатки комплекта деталей цилиндро-поршневой группы на стен­ де с двигателем. Для испытаний каждый раз берут новый ком­ плект деталей, предварительно проводя их микрометраж, а ино­ гда - и весовые замеры. Продолжительность обкатки определяется либо стандартом на эту операцию, либо рекомендациями разра­ ботчика и обычно длится от нескольких минут до нескольких ча­ сов. В процессе обкатки и после неё определяют ряд показателей, которые должны измениться:

-максимальное давление компрессии, развиваемое двигате­

лем, или давление, создаваемое топливным насосом (должно уве­ личиться);

-удельны й расход топлива (уменьшается) или время, необ­

ходимое для сгорания единицы объёма - обычно 100 см3 - топли­ ва (увеличивается);

-расход масла на угар (должен уменьшиться);

-времЯу необходимое для стабилизации расхода масла на угар

(должно уменьшиться);

-износ комплекта поршневых колец весовой и линейный (чем

меньше, тем «деликатнее» работает присадка);

-площадь приработанной поверхности (чем больше, тем

лучше);

254

- шероховатость приработанной поверхности.

Могут определяться и другие показатели: изменение (сниже­ ние) удельных потерь мощности на трение, сниматься профило­ граммы приработанных поверхностей и т. д.

Ассорт имент . В СССР были допущены к применению при­

садки АЛП-2 и АЛП-4 на базе органических соединений алюми­ ния. Технология их производства освоена в НПО «МАСМА» на Дрогобычском опытно-промышленном заводе, но в настоящее время они не применяются. Из других присадок следует упомя­ нуть 0033 (прежние названия РЭН, АльваРЭН) и МТ-3, испытан­ ные и рекомендованные (но на настоящий момент не получившие допуска Госстандарта) к применению в дизельных двигателях разного назначения1:

Присадка	Состав		Концен­	Принцип действия				Примечание
			трация, %
АЛП-2,	Раствор	соеди­	0,2-2,5	Абразивное		исти­	Пригодны		для	быст­
АЛП-4	нения алюми­			рание деталей ЦПГ			рой и грубой обкатки
	ния в топливе			продуктами сгора­			крупных деталей дви­
				ния присадки			гателей. Приработка
							сопровождается ин­
0033	Топливорас­		0,05-0,25 Шлифующее дей­				тенсивным износом
							Обеспечивает			эффек­
	творимое	со­		ствие в сочетании с			тивную обкатку дета­
	единение	хро­		образованием		сер-	лей	при	минималь­
	ма			вовитной	защит­		ном	износе. Может
				ной плёнки,		сни­	вводиться		в	масло
				жающей износ при			для приработки дета­
				приработке			лей,	контактирую­
МТ-3	Композиция		0,05-0,5	Лёгкое абразивное			щих с маслом
							Придаёт высокие про­
	диарилдитио-			действие	в сочета­		тивозадирные свойст­
	фосфатов	цин­		нии с образовани­			ва прирабатываемым
	ка и молибдена			ем сервовитной за­			поверхностям. По ин­
	(присадки ДФ-			щитной	плёнки,		тенсивности износа на­
	11 и МОД)			придающей		дета­	ходится между АЛП-4
				лям высокие про­ и РЭН. Может вво­
				тивозадирные			диться в масло
				свойства

1 Согласно Положению о Межведомственной комиссии допуск к про­ изводству и применению получают топлива, но не присадки, являющиеся в данном случае промежуточными продуктами. Поэтому получение до­ пуска на применение приработочных присадок является желательным, но не строго обязательным, и решение о применении присадки полностью находится в компетенции руководства машиностроительного или ре­ монтного предприятия.

255

Рис. 82. Потеря массы комплекта поршневых колец (а) и прорыв га­ зов в картер (б) при обкатке двигателя установки ИДМ без присадки в течение 30 ч (7) и с 2,5% присадки АЛП-2 в течение 2,5 ч (2)

Анализ принципа действия присадок показывает, что АЛП-2 и АЛП-4 пригодны при обкатке деталей ЦПГ, РЭН - для прира­ ботки деталей ЦПГ и топливных насосов, МТ-3 должна быть наи­ более эффективна в топливных насосах.

АЛП-2 представляет собой 25 %-й раствор продукта реакции изопропилата алюминия со стеариновой кислотой в масле ДС-11. Для повышения гидролитической устойчивости она содержит в качестве стабилизатора 3-4 % ацетоуксусного эфира. Эффектив­ ность присадки достаточно велика: период приработки хромиро­ ванных поршневых колец и износостойких гильз цилиндра со­ кращается с 40-60 до 1,5-2,0 ч. Несмотря на то, что износ дета­ лей ЦПГ при использовании АЛП-2 велик, прорыв газов в картер за счёт приработки снижается на 25-30 % (рис. 82) [194]. Шеро­ ховатость деталей уменьшается на два класса.

АЛП-4 - это усовершенствованная АЛП-2. При получении органоалюмооксана вместо стеариновой кислоты использованы алкилфенолы. Присадка содержит 4 % ацетоуксусного эфира. По гидролитической устойчивости она в 4 раза превышает АЛП-2 (испытания во влажной камере). Она выгодно отличается от АЛП-2 и по значению кинематической вязкости (v50 для АЛП-2 - 68 мм2/с; v20 для АЛП-4 - 15 мм2/с).

Присадка АЛП-4 вырабатывается по ТУ 38.101975-84 в виде двух марок: АЛП-4Д (для обкатки дизельных двигателей) и АЛП4М (для обкатки пусковых карбюраторных двигателей). В качестве растворителя в присадках использованы соответственно дизельное топливо и масло М-11. Требования к присадке приведены ниже:

	Показатели	АЛП-4Д	АЛП-4М
Содержание алюминия, %		1,8-2,0	1,8-2,0
Вязкость кинематическая, мм2/с, не более:		15	-
при	20 вС
при	100 °С	—	20

256

		Продолжение
П оказатели	А Л П -4Д	А Л П -4М
Коэффициент гидролизоустойчивости, не более	1,2	1,4
Коэффициент фильтруемости, не более	5	-
Температура застывания, °С, не выше	-30	-15
Степень чистоты, мг/100 г присадки, не более	100	200

При сгорании соединений алюминия образуется сильный абразив - оксид алюминия, который обеспечивает процесс приработки. Размер частиц оксида алюминия в продуктах сгорания составляет 0,5 -4 мкм, причём основная масса, 85 % - в интервале 1-3,5 мкм [195]. Примене­ ние присадки АЛП-4 целесообразней всего в крупных судовых и тепло­ возных дизелях, где процесс приработки должен быть довольно грубым. Для более тонкой приработки можно использовать присадки МТ-3 или РЭН.

Присадка 0033 в качестве основного активного компонента содержит алкилсалицилат хрома, характеризующийся мягким абразивным и полирующим действием, в сочетании с поверхно­ стно-активным веществом. В соответствии с требованиями ТУ 38.7101009-93 (Дрогобычский опытный завод МАСМА) она долж­ на иметь следующие показатели:

Внешний вид	Однородная подвижная темная
Содержание, %:	жидкость
водорастворимых кислот и щелочей	Отс.
механических примесей	Не более 0,1
воды	Не более 0,2
золы	2,4-3,5*
Коэффициент фильтруемости 1 % рас­	Не более 9
твора в дизельном топливе
Кинематическая вязкость при 50 °С	Не нормир. Факт. - до 15 мм2/с

Соответствует содержанию хрома примерно 1 -2 %.

Т о к с и ч н о с т ь . Присадка 0033 относится к малотоксич­ ным веществам IV класса опасности. Однако содержащийся в ней хром при сгорании образует оксиды Сг20 3 и Сг03, которые отно­ сятся к токсичным веществам: раздражают верхние дыхательные пути. Наиболее токсичным является триоксид хрома. Он пора­ жает почки, органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, отри­ цательно действует на кровь. ПДК Сг20 3 и СгОа составляют со­ ответственно 1 мг/м3 и 0,01 мг/м3. Во ВНИИ охраны труда (Санкт-Петербург) было проведено исследование состава отрабо-

17 Зак. 3244

257

тавших газов двигателя КамАЗ-740, работавшего на топливе с присадкой РЭН. Триоксид хрома не был обнаружен. Содержание сесквиоксида хрома (Сг20 3) составляло около 0,01 мг/м3, т. е. бы­ ло на уровне ПДК. Учитывая, что отработавшие газы многократно разбавляются воздухом, можно считать, что продукты сгорания топлива с присадкой РЭН при обкатке двигателей для человека безопасны.

Присадка МТ-3 представляет собой композицию растворимых в топливе соединений молибдена и цинка. В соответствии с требо­ ваниями ТУ 38.40169-91 (ЭлИНП) присадка МТ-3 должна иметь следующие характеристики:

Внешний вид	Тёмно-коричневая жидкость
Кинематическая вязкость при 100 °С, мм2/с	Не более 40
Массовая доля, %:
молибдена	Не менее 2,0
цинка	Не менее 0,5
фосфора	Не менее 0,5
воды	Следы
механических примесей	Не более 0,1
Температура вспышки в открытом тигле, °С	Не ниже 150

Т о к с и ч н о с т ь . Присадка МТ-3 относится к IV классу малоопасных и малотоксичных веществ. Следует отметить, что органические соединения молибдена более ядовиты, чем неорга­ нические. Их действие проявляется в поражении слизистых обо­ лочек верхних дыхательных путей, нервной системы, нарушении обменных процессов. Токсичность соединений молибдена усили­ вается в композициях с соединениями цинка и ослабляется в при­ сутствии соединений меди.

Приработочные свойства присадок (концентрация - 0,25 %) можно сравнить по результатам испытаний топлива Л на двига­ теле 1ч8,5/11 по методике ЭФ ВНИИ НП (табл. 14) [192]. Мето­ дика предусматривает сравнение ряда показателей до и после обкатки в течение двух часов нового комплекта деталей цилинд­ ро-поршневой группы (ЦПГ): потери мощности на трение, про­ должительность работы двигателя на 100 см3 топлива (для при­ работанного двигателя она больше, чем для неприработанного), измерение площади приработанной поверхности и весовой износ деталей ЦПГ.

Недостатки. Алюминийсодержащие присадки отличаются

неудовлетворительной гидролитической устойчивостью. При хра­ нении углеводородных растворов присадок наблюдается желати­ нирование, поэтому их вводят в топлива непосредственно перед использованием.

258

Т а б л и ц а 14

Приработочная эффективность присадок
Показатели	Без присадки АЛП-4Д		МТ-3	0 033
Снижение удельных потерь мощности	0,23	0,18	0,35	0,37
на трение после приработки, кВт
Увеличение продолжительности рас­	8	10	18	17
хода 100 см3 топлива приработанным
двигателем, с
Площадь приработанной поверхности	45	90	85	90
первого поршневого кольца, %
Износ, мг, комплекта:	40	1217	25
поршневых колец				17
вкладышей	40	16,6	5,0	2,8
Уменьшение прорыва картерных	0,14	0,18	0,35	0,50
газов, л/мин

Недостатком МТ-3 является наличие в ней каталитических ядов - цинка и фосфора. Поэтому при обкатке с применением присадки МТ-3 каталитические нейтрализаторы должны быть отключены.

Общим недостатком является высокая зольность - источник твёрдых частиц. Однако наличие металла в присадках данного типа неизбежно. Поэтому важным показателем является рабочая концентрация присадки в пересчёте на металл.

Определение в т опливах. Так как присадка вводится в топ­

ливо самим потребителем, специальных методов её определения в топливе не разрабатывалось. О наличии приработочных присадок можно судить по повышенной зольности топлива, которая может составлять 0,02-0,05 %. Можно также использовать методы атомно-абсорбционной спектроскопии, хорошо отработанные для анализа содержания металлов в топливах.

Экономика. Была исследована экономическая эффективность

применения присадки 0033 (концентрация в топливе - 0,25 %) на 57-м экспериментальном авторемонтном заводе МО РФ при об­ катке капитально отремонтированных бензиновых двигателей [196]. Цена присадки на момент испытаний (апрель 2002 г.) со­ ставляла 744 руб/л, цена бензина А-76 - 5,50 руб/л. Для прира­ ботки ЦПГ двигателя ЗИЛ-130 без присадки требовалось 40-45 л бензина А-76, с присадкой - менее 20 л. Таким образом, по расчё­ ту разработчиков применение 1 л присадки эквивалентно эконо­ мии 400 л топлива. Дополнительно сокращаются трудозатраты, расходы на электроэнергию, меньше изнашивается стендовое обо­ рудование.

259