3.3.1. Определение наличия механических примесей и воды
Присутствие в масле механических примесей и воды безусловно снижет смазочные свойства масел, увеличивает абразивный износ деталей.
Механические примеси можно выявить тремя способами. Первый и самый простой заключается в просмотре на свету тонкого слоя масла, нанесенного на стекло. Муть, потеки и крупинки укажут на присутствие в масле механических примесей. При их отсутствии слой масла будет выглядеть совершенно прозрачным.
При втором способе масло взбалтывают и подогревают до 40—50 °С. Затем 25—50 мл масла смешивают с двух-, четырехкратным количеством профильтрованного бензина. Раствор фильтруют через бумажный фильтр, после чего просматривают фильтр через увеличительное стекло. Темные точки и крупинки на фильтре указывают на присутствие в масле механических примесей.
При третьем способе масло в количестве 50—100 мл разбавляют в химическом стакане двух-, трехкратным количеством бензина. Смесь перемешивают и дают отстояться в течение 5—10 мин. Затем смеси придают вращательное движение. При наличии примесей они соберутся в центре на дне стакана. Для обнаружения примесей стакан просматривают на свету, проходящем снизу вверх.
Наличие воды в масле определяют по ГОСТу 1547—84. Смысл определения заключается в нагреве масла, помещенного в пробирку, до температуры 130 °С. При наличии воды масло начнет пениться, будет слышен треск, а слой масла на стенках пробирки помутнеет.
Способ определения концентрации охлаждающей жидкости в смазочных маслах (RU 2297624):
G01N25/14 - с помощью перегонки, экстрагирования, возгонки, конденсации, замораживания или кристаллизации (G01N 25/02 имеет преимущество)
|
|
Обводнение и зашламление масла приводит к ухудшению качественных характеристик масла. Вода и шлам образует механическую смесь с маслом в виде взвесей, поступающих на смазку подшипников. Маслохо-зяйство энергоблоков имеет оборудование для очистки масла от загрязнений, однако использовать его в непрерывном режиме невозможно, так как процессы загрязнения и, особенно, обводнения мог\т происходить при нестандартных ситуациях.
Обводнение масла сверхдопустимых пределов способствует: резкому увеличению скорости окисления (в 3*5раз); росту количества агрессивных растворимых кислот в 40*50 раз; увеличению эрозионной и коррозионной активности в 300*500 раз, так как масло перестает быть однородным; повышению зольности масла в 25; увеличению опасности воспламенения масла при обогащении его водородом, который выделяется из обводненного масла при работе подшипника в режиме граничной смазки, при десорбции водорода и кислорода из масла, а также водорода из уплотнений генератора; увеличению опасности экологического загрязнения окружающей среды в связи с более частой заменой турбинного масла, которое может попадать как в почву, так и в сбросную охлаждающую воду. Турбинные
масла при обводнении образуют стойкие эмульсии, которые ухудшают условия движения масла по трубам, провоцируют вибрацию вала.
Для автоматического контроля содержания воды в масле был выбран диэлькометрический метод. Основой для использования этого метода является многократное различие относительной диэлектрической проницаемости нефтепродуктов (2+2,6) и воды (64,8).
Если конденсатор, имеющий в воздухе емкость с0 заполнить веществом - идеальным диэлектргтком, то его емкость с увеличится в е раз, где г -относительная диэлектрическая проницаемость вещества. Емкостный ток в таком конденсаторе опережает напряжение на 90°.
Обводненное масло не может рассматриваться как идеальный диэлектрик. Поэтому в конденсаторе, заполненном маслом, имеют место ак-
тивные потери энергии, и угол сдвига фаз между током и напряжением оказывается меньше 90°. В соответствии с теорией электрических цепей измеряется не истинная, а кажущаяся емкость конденсатора, которая определяется выражением:
где с - истинная емкость; гт, гп - эквивалентные сопротивления проводимости и релаксационных потерь соответственно; со - круговая частота.
Отсюда измеряемая емкость ск при одной и той же влажности может меняться из-за изменения проводимости материала и релаксационных потерь. Это обстоятельство может привести к существенным ошибкам в определении влажности турбинного масла при обводнении турбогенератора.
«Капельная проба» для определения отработанности.
Способом капельной пробы можно определить, какие диспергирующе-стабилизирующие свойства имеет действующее моторное масло. C помощью «капельного» метода можно определить примерные показатели дисперсии частиц, входящих в состав смазки. Кроме того, с помощью «капельной пробы» можно оперативно установить, насколько эффективно действуют оставшиеся присадки. Таким образом, примерно определив эти показатели, можно заключить, пригодно ли это моторное масло или пришло время для его замены.
Фильтровальная бумага смачивается маслом и сушится при высокой температуре в 2000 градусов. После этого получившиеся пятно оценивают – чем больше его площадь и ярче зона диффузии, тем выше показатели дисперсности загрязняющих частиц, не поддающихся растворению. Таким образом, больший размер пятна служит показателем высоких диспергирующе-стабилизирующих свойств.
Испытания при высокой нагрузке.
Для того чтобы проверить, сохранило ли моторное масло присадки, предотвращающие износ деталей, необходимо провести испытания с нагрузкой 20 кГс. Эта проверка износа проводится в течение 60 минут. По результатам испытаний оценивается положение пятна износа. Если оно расположено в пределах от 0,3 до 0,4 мм, присадка сохранилась, в противном случае – нет.
Еще одним серьезным пунктом, на который стоит обратить внимание, испытывая моторное масло – это присутствие механических примесей. Когда значение примесей составляет более 0,1% масс, состав смазки включает металлические продукты износа деталей. Это означает, что двигатель транспортного средства требует ремонта, поскольку новое моторное масло также быстро наполнится частицами износа деталей.
Попадание антифриза в масло – опасность для двигателя.
Попадание антифризав масло подвергает вашу машину воздействию мощной и ядовитой смеси химикатов. В отличие от других вредных загрязнителей, таких как вода и грязь, разрушительный потенциал гликоля может прогрессировать, приводя к массовым отказам компонентов машины за небольшой период времени.
Вряд ли найдётся более важная роль, чем аналитик, который ежедневно постоянно проверяет смазочный материал на наличие в нём гликолей. Одна крупная лаборатория по анализу масел, которая специализировалась на тяжело нагруженном оборудовании в горнодобывающей и строительной промышленности сообщила, что гликоли были обнаружены в 8.6% образцов моторного масла за последние несколько лет – примерно 1 из каждых 12 образцов.
Как создаются и используются гликоли
Гликоль, основной ингредиент антифриза, обычно смешивается с водой в соотношении 50/50, чтобы получить жидкую «охлаждающую жидкость» для переноса тепла, увеличения температуры кипения (свыше 225°F или 107°C) и снижения температуры замерзания (ниже -32°F или -35°C). Когда в формулу добавляются присадки, охлаждающая жидкость может эффективно защищать от коррозии и кавитации.
В формулах охлаждающих жидкостей используются и пропиленгликоли, и этиленгликоли. Выбор некоторых пользователей – пропиленгликоль, поскольку в отличие от этиленгликоля, он нетоксичен и не считается опасным материалом. Этиленгликоль, однако, используется намного шире, в связи с его лучшими характеристиками теплопередачи. Эта статья полностью сфокусирована на этиленгликоле.
Формулы антифризов, использующихся в качестве охлаждающих жидкостей, включают в себя ассортимент органо-металлических и органических присадок. Они используются для защиты металлов системы охлаждения от коррозии/кавитации, для контроля образования накипи, предотвращения образования пены и поддержания уровня pH. Примерами присадок являются различные виды фосфатов, бораты натрия, молибдаты, силикаты натрия, себацинаты калия и нитраты натрия.
Насыщение различными присадками, использующимися в формуле антифриза, значительно варьируется между участниками вторичного рынка и OEM, которые обеспечивают первую заливку и предлагают пакеты присадок ОЖ (SCA). Существуют также различимые географические отличия в формулах пакетов присадок, в связи с различающимися требованиями об охране окружающей среды и качеством воды. Например, японцы не используют силикатов, зато широко используют фосфаты. Напротив, европейцы широко применяются силикаты, бензоаты в качестве составляющих присадок. Формулы присадок США включают в себя силикаты, фосфаты, а также множество органических ингибиторов.
Как антифризы попадают в моторные масла и другие смазочные материалы
Гликоль может «протечь» в моторное масло и другой смазочный материал разными способами. Такими как:
Бракованные или изношенные уплотнения
Пропускающие воздух прокладки головок цилиндров
Ненадлежащим образом закрученные болты головки
Термически искривлённые или деформированные головки цилиндров
Деформированная головка цилиндра в связи с замерзанием ОЖ
Ненадлежащим образом механически обработанные поверхности головки и блока цилиндра
Коррозионные повреждения гильзы цилиндра
Кавитационная эрозия/коррозия гильзы цилиндра
Электрохимическая эрозия
Отказ уплотнения водяного насоса и забивание дренажного отверстия
Фактически, большинство производителей OEM дизельных двигателей оценивает, что 53 процента всех катастрофических отказов двигателей возникает в связи с утечками ОЖ. Для большинства дизельных двигателей и двигателей, работающих от природного газа, высочайший риск загрязнения возникает в то время, когда двигатель не работает. В таких случаях охлаждение двигателя от использования с перебоями может привести к утечкам, связанным с термическими деформациями, такими как деформации головки цилиндра, где существует риск смещения или движения прокладок и уплотнений. Повышенное гидростатическое давление охлаждающей жидкости по отношению к системе смазочного масла усугубляет риски, когда двигатель находится в покое. Это может привести к медленному поступлению антифриза в масло.
Рисунок 1. Схематичное изображение кавитационной коррозии гильзы цилиндра (Взрывающиеся пузырьки с огромной силой ударяются о поверхность)
Рисунок 2. Кавитационная эрозия стенки цилиндра
Другим часто встречающимся источником протечки в двигателях с мокрой гильзой цилиндра является химико-механическое пробивание гильзы, возникающее вследствие паровой кавитации. Это явление возникает, когда гильзы сильно вибрируют (со стороны нагрузки) в результате движения поршня, сжатия и сгорания. Это движение вызывает разрежение частей волн давления до формирования областей отрицательного давления, которое приводит к зарождению воздушных пузырьков (пустот). Когда в камере сгорания происходит сгорание, пузырьки газа взрываются со скоростью звука, формируя давление у поверхностей на уровне 60,000 psi. Такая сосредоточенная энергия может буквально выбивать небольшие отверстия в защитной оксидной плёнке на стенке гильзы, схоже с кавитацией гидравлического насоса.
Повреждения могут быть усилены в дальнейшем в результате воздействия химикатов, зарождающихся в процессе кавитации. С течением времени это может привести к пробиванию гильзы и образованию утечек (Рисунки 1 и 2). Хотя существуют различные теории перфорации гильзы, есть общее соглашение, что отказ в работе является следствием сочетания механического (местная кавитация) и химического (коррозия металлических поверхностей) воздействия.
Некоторые конкретные присадки, содержащиеся в пакетах SCA, такие как молибдаты и нитрит натрия, считаются присадками, резко замедляющими прогрессирование кавитационной коррозии. Если оксидная плёнка, защищающая гильзу, расслаивается из-за кавитационной энергии, присадка восстанавливает защитный слой, чтобы остановить дальнейшее прогрессирование. Однако крайне важна концентрация этих присадок, добавляемых в ОЖ. Недостаточная концентрация может привести к ускоренному питтингу, в то время как повышенная концентрация может вызвать гелирование, коррозию припоя на основе свинца и другие проблемы.
Повреждения, вызванные попаданием антифриза в масло
Гликоль – это несомненно «плохой парень», когда он смешивается с маслом. Проблема усугубляется водой охлаждающей жидкости, которая попадает в систему смазывания одновременно с гликолем. Доказательство загрязнения гликолем часто встречается механикам, наделённым ответственностью чинить поломки, которые это загрязнение вызывает. Например, главные и соединительные подшипники темнеют, становятся практически угольного цвета, когда гликоль загрязняет масло в картере дизельного двигателя.
Ввиду того факта, что гликоль нерастворим в минеральном масле, а температурные условия в двигателе приводят к трансформации гликоля и присадок ОЖ в другие химикаты, цепочка множества отрицательных последствий не является сюрпризом. Ниже представлено описание нескольких общих и некоторых не так часто встречающихся признаков или вредных эффектов от утечки гликоля и загрязнения.
Заклинивание.
Недавно уже было упомянуто, что охлаждающая жидкость может привести к коррозии и эрозии стенок гильзы цилиндра. Это может привести к пробиванию крошечных отверстий. Когда двигатель не функционирует, камера сгорания может быть буквально затоплена охлаждающей жидкостью, просачивающейся через эти отверстия. Позже, при запуске двигателя недостаток уплотняемости ОЖ может вызвать заклинивание двигателя.
Образование кислоты и повреждение подшипников
В нормальных эксплуатационных условиях этиленгликоль окисляется с формированием органических кислот, таких как гликолевая кислота, щавелевая кислота, муравьиная кислота и углекислота. Обычно реакция удваивается каждый 18°F (8°C). Эти кислоты приводят ко вторичному и третичному эффекту, описанному далее. Однако их присутствие в масле в чистом виде может поставить под угрозу подшипники и другие фрикционные поверхности. Коррозия может разъедать защищённые поверхности покрытых свинцом/оловом системных подшипников, усиливая ржавление стальных и железных поверхностей, а также медных металлов бронзы и латуни. Одно исследование показало, что даже небольшой утечки ОЖ в крупном двигателе внутреннего сгорания было достаточно для опасного разъедания коррозией стальных и медных поверхностей двигателя.
Слипание масла и истощение присадок.
Исследования показали, что когда ОЖ на основе гликолей термически изнашивается в картере, масло слипается в результате реакции гликоля с масляными присадками. Такие присадки включают в себя сульфонаты, феноляты и диарил дитиофосфаты цинка (ZDDP). В ходе исследований выяснилось, что 77 граммов фильтрующихся твёрдых частиц образовалось, когда в масло попало всего 2 процента ОЖ, содержащей 50% этиленгликоля.
Потеря дисперсионной способности и засорение фильтра.
Кислоты и вода, которые образуются в масляном картере как результат загрязнения ОЖ, часто приводят к разрушению дисперсионной способности для сажи, даже при низком содержании сажи. 75% обращений клиентов по засорению фильтров связаны с наличием ОЖ или влаги в картере. Когда сажа начинает осаживаться, может возникнуть цепная реакция поломок и повреждений, включая потерю износоустойчивости, липкий осадок на поверхностях клапанной коробки и сажистые отложения на кольцевых канавках, площадях головки поршня, компонентах клапанных механизмов и т.д. Если проблема не определена, масло часто меняют без промывания. Цепная реакция затем приводит к тому, что детергенты и диспергирующие вещества, попавшие в систему с новым моторным маслом, мобилизуют отложения и осадок. Затем, в течение нескольких минут после замены масла и фильтра, новый фильтр вновь засоряется. Ниже представлено обобщение этой цепной реакции:
ОЖ протекает в масляный картер.
При реагировании гликолей, присадок ОЖ и масляных присадок, образуются кислоты и осадок.
Эти нерастворимые вещества начинают засорять фильтр.
Параллельно, кислоты и вода разрушают дисперсионную способность сажи, вызывая её выпадение в осадок. Формируется больше осадка и нерастворимых веществ.
К этому моменту фильтр уже засорён побочными продуктами преобразования гликоля и сажей, выпавшей в осадок.
Масло и фильтр заменяют (обычно в системе остаётся около 15 процентов старого масла либо в поддоне картера, либо в абсорбированном виде на поверхностях двигателя). Новое масло (с моющими средствами и диспергирующими агентами) делает подвижными сажу и осадок, перенося их в фильтр.
И снова фильтр забивается (даже несмотря на то, что утечка охлаждающей жидкости ликвидирована).
Окисление и изменение вязкости.
Когда антифриз попадает масло, вязкость масла может резко возрасти. Эта проблема крайне остра для моторных масел с высоким содержанием присадок. Высокая вязкость может привести к непропорциональному течению масла на фрикционных поверхностях, работающих от трения. Кроме того, гликоль и продукты реакции с гликолем могут агрессивно ускорить окисление базового масла. Загрязнение ОЖ трансмиссионных и гидравлических жидкостей обычно проявляется в виде резкого повышения окисления.
Как определить наличие антифриза в масле
Технический персонал и операторы оборудования всегда следят за появлением предупредительных сигналов о запуске этого коварного механизма – загрязнения антифризом масла. В парке грузовых автомобилей, автобусов и передвижного оборудования первым знаком, указывающим на проблему, может стать белый дым, выходящий из выхлопной трубы дизельного двигателя. Или же таким знаком может стать блестящий липкий осадок, имеющий консистенцию майонеза, обнаруженный в использованном фильтре при регулярном техническом обслуживании и замене. Возможно также, как было упомянуто ранее, что давление масла в дизельном двигателе оказывается необычно высоким спустя всего лишь минуты после замены масла и фильтра.
Испытание промокательной бумаги на покрытие пятнами
В последнее время одно из испытаний вновь обратило на себя внимание – это испытание промокательной бумаги на покрытие пятнами. Впервые оно появилось в отрасли примерно в 1880 году. Затем оно повторно появилось при проведении исследований компанией Shell Oil в 1950-х, и в данный момент оно снова завоёвывает внимание даже в самых дорогостоящих лабораториях по тестированию масла. Благодаря своей простоте испытание очень легко провести в отрасли, несмотря на тот факт, что для полного изучения результатов данного испытания требуется время.
Испытание основано на общепринятой методике хроматографии бумаги и включает в себя размещение пары капель отработанного масла на обычной промокательной бумаге (доступной в любом каталоге поставщиков лабораторной продукции), или даже на обратной стороне простой визитной карточки. На протяжении пары часов необходимо позволить каплям впитаться в бумагу. Если тёмное или коричневатое пятно останется в центре после того, как масло впитается, это может быть признаком нарушения дисперсионной способности и образования хлопьев сажи, логичным следствием загрязнения гликолем. Чёрная липкая паста с хорошо различимым (с острыми краями) контуром – это причина для серьёзных беспокойств. Очень часто кольцо сажи образуется вокруг жёлтого/коричневого центра, когда в масле присутствует гликоль. Есть и другие, более глубокие и сложные испытания, требующие специальных реактивов и оборудования, такие как: Испытание с помощью мембраны, Метод реактивов Шиффа, Преобразование Фурье – инфракрасная спектроскопия (FTIR), Газовая хроматография, Элементный анализ с использованием Индуктивно Связанной Плазмы (ICP) или эмиссионной спектроскопии Импульсного Электрода с Вращающимся Диском (RDE).
Внешние факторы загрязнения масла