Совершенствование технологии регенерации отработанных гидротрансмиссионных масел путем восстановления маслянистости тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат технических наук Филимонов, Владимир Анатольевич

• Филимонов, Владимир Анатольевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Филимонов, Владимир Анатольевич

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

1„ Состояние вопроса и задачи исследований

1.1. Условия работы гидротрансмиссионных масел

1.2. Старение гидротрансмиссионных масел в процессе эксплуатации

1.3. Влияние ультразвуковой обработки на состояние

смазочных масел

1.4. Маслянистость смазочных масел

1.5. Анализ методов регенерации отработанных смазочных масел

1.6. Анализ средств для регенерации отработанных смазочных масел

1.7. Задачи исследований

2. Расчетно-теоретическое обоснование технологии восстановления маслянистости гидротрансмиссионных масел

2.1. Обоснование критерия маслянистости гидротрансмиссионных масел

2.2. Модель диспергирования отработанных гидротрансмиссионных масел

2.3. Методика расчета фильтра водопоглотителя при регенерации гидротрансмиссионных масел

2.4. Выводы расчетно-теоретических исследований

3. Методика экспериментальных исследований

3.1. Общая методика исследований

3.2. Методика исследования процессов регенерации отработанных гидротрансмиссионных масел

3.2.1. Методика исследования процессов ультразвуковой обработки регенерируемых гидротрансмиссионных масел

3.2.2. Методика исследования процесса водопоглощения

3.3. Методика исследования углеводородного состава регенерируемых гидротрансмиссионных масел

3.4. Методика исследования маслянистости при регенерации гидротрансмиссионных масел

3.5. Методика исследования противоизносных свойств регенерируемых гидротрансмиссионных масел

3.6. Обоснование технологии регенерации гидротрансмиссионных масел на малогабаритном регенерационном модуле

3.7. Методика исследования работоспособности регенерированных гидротрансмиссионных масел в условиях стендовых испытаний

3.8. Методика эксплуатационной проверки регенерированных гидротрансмиссионных масел

3.9. Методика исследования физико-химических показателей регенерированных гидротрансмиссионных масел

3.10. Экспериментальная установка и применяемое оборудование

4. Результаты экспериментальных исследований регенерационного модуля

4.1. Результаты экспериментальных исследований процессов регенерации отработанных гидротрансмиссионных масел

4.1.1. Результаты исследования процессов ультразвуковой обработки регенерируемых гидротрансмиссионных масел

4.1.2. Результаты исследования процесса водопоглощения

4.2. Результаты экспериментальных исследований углеводородного состава регенерируемых гидротрансмиссионных масел

4.3. Результаты экспериментальных исследований маслянистости гидротрансмиссионных масел

4.4. Результаты исследования противоизносных

свойств регенерируемых гидротрансмиссионных масел Ю5

4.5. Технология регенерации гидротрансмиссионных

масел на малогабаритном регенерационном модуле

4.6. Результаты исследования работоспособности регенерированных гидротрансмиссионных масел в условиях стендовых испытаний

4.7. Результаты эксплуатационной проверки регенерированных гидротрансмиссионных масел

4.8. Выводы

4.9. Экономическая эффективность

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВНИИ НП - Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтеперерабатывающей промышленности ВТХ - вязкостно-температурная характеристика; ГК - генератор кавитации; ГТМ - гидротрансмиссионные масла; КПП- коробка перемены передач МРМ - малогабаритный регенерационный модуль; МИО - масла индустриальные отработанные; ММО - масла моторные отработанные; ОСМ - отработанные смазочные масла; ПАВ - поверхностно-активные вещества; ПМР - протонно-магнитный резонанс; ПФ - полнопоточное фильтрование; СНО - смесь нефтепродуктов отработанных; СМ - смазочное масло;

СПГАУ - Санкт-Петербургский государственный аграрный университет

TAT - «тракторы, автомобили и теплоэнергетика»

ТМ - трансмиссионное масло;

ТСМ - топливо-смазочные материалы;

ТПВФ - технический пенополивинилформаль;

ЦС - центробежное сепарирование;

ЯМР - ядерно-магнитный резонанс;

Nm.ii. - мощность механических потерь;

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии регенерации отработанных гидротрансмиссионных масел путем восстановления маслянистости»

ВВЕДЕНИЕ

Неотъемлемой частью эксплуатации машинно-тракторного парка (МТП) является использование нефтепродуктов, от качества которых в значительной степени зависит надежность работы тракторов, автомобилей и мобильных сельскохозяйственных машин. Качество топлива и смазочных материалов в значительной степени определяет величину эксплуатационных расходов, трудоемкость технического обслуживания, а также долговечность работы узлов и агрегатов [42, 93].

Следует учитывать, что стоимость добычи нефти с каждым годом возрастает из-за сокращения ее запасов в легкодоступных районах и необходимости осуществления дорогостоящих мероприятий по транспортировке к месту переработки. В связи с этим себестоимость нефтепродуктов постоянно повышается, поэтому народнохозяйственный эффект от их повторного использования становится все более весомым.

Нефть и нефтепродукты наряду с промышленными стоками, выбросами и бытовыми отходами представляют основную экологическую опасность на планете [85]. Ежегодно в мире в биосферу попадает около 6 млн.т нефтепродуктов, из них более половины приходится на отработанные смазочные материалы (ОСМ) [33]. Поэтому рациональное использование отработанных масел не только улучшает обеспечение народного хозяйства смазочными материалами и способствует сохранению запасов нефти, но и имеет большое значение для охраны окружающей среды [63, 74].

Наиболее рациональным способом использования отработанных масел является регенерация и повторное использование по прямому назначению. При этом экономический эффект, не менее чем в 2 раза, выше эффекта от использования их в качестве котельного топлива [50, 63].

Сбору, очистке и повторному использованию отработанных масел уделяется в настоящее время большое внимание. Отработанные масла направляют, главным образом, на технологические нужды, на переработку в

смеси со свежей нефтью, на сжигание в качестве компонентов котельного топлива и на регенерацию [32, 66, 74].

Всевозрастающее внимание проблемам регенерации ОСМ уделяют во многих промышленно развитых странах, таких как Германия, Япония, Италия, США, Франция, Канада и др. [32]. Ведутся исследования в целях совершенствования и создания новых методов регенерации, не дающих экологически опасных отходов и способствующих повышению качества и выхода конечного продукта.

В нашей стране вопросами регенерации отработанных смазочных масел занимались Папок К.К., Рогозин H.A., Черножуков Н.И., Гончаренко В.Г., Фукс И.Г., Фукс Г.И., Евдокимов А.Ю., Коваленко В.П., Шашкин П.И., Григорьев М.А., Семенидо Е.Г., Рыбаков К.В., Топилин Г.Е.. Научно -исследовательскими учреждениями страны (ГОСНИТИ, ВИМ, ГИПХ, АЧИМСХ, ВНИПТИМЭСХ, ВИИТиН, ГАНГ) разрабатывались и создавались технические средства и технологии по переработке отработанных масел. Существующие технические средства в основном стационарные, различного типажа и назначения, использующие ограниченное количество упрощенных физических методов регенерации.

Анализ состояния отрасли регенерации в России и других странах СНГ свидетельствует о преобладании устаревших процессов и несовершенной технологии. Качество регенерированных масел, получаемых на всех приведенных установках, недостаточно высоко, т.к. в настоящее время сбор всех ОСМ регламентируется по ГОСТ 21046-86, который подразделяет все масла не по маркам, а по группам масел ММО, МИО и СНО.

Одним из важных вопросов данной проблемы является использование при регенерации комбинированных, экологически безопасных методов. Для их реализации необходимо создать малогабаритные стационарные (передвижные) регенерационные установки небольшой производительности.

Целью диссертационной работы является совершенствование технологии регенерации отработанных гидротрансмиссионных масел (ГТМ) путем восстановления маслянистости.

Научную новизну работы представляют следующие положения, выносимые на защиту:

1. Критерий маслянистости ГТМ.

2. Модель диспергирования отработанных ГТМ.

3. Численная модель и методика расчета процесса поглощения воды при регенерации ГТМ

4. Усовершенствованная технология регенерации отработанных ГТМ.

5. Количественные характеристики и закономерности изменения маслянистости масел при регенерации.

Практическую значимость работы имеют:

1. Установка для определения маслянистости ГТМ.

2. Технология регенерации отработанных ГТМ.

3. Регенерационный модуль для восстановления маслянистости регенерированных ГТМ.

Тема диссертационной работы утверждена Советом инженерного факультета Санкт-Петербургского государственного аграрного университета и соответствует Республиканской целевой научно-технической программе «Механизация, энергетика, автоматизация и ресурсосбережение».

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Условия работы гидротрансмиссионных масел

Трансмиссионные масла (ТМ) ГОСТ 29098-84 предназначены для смазывания механизмов и агрегатов трансмиссий автомобилей, тракторов и других транспортных средств. Механизмы и агрегаты тракторов представляют собой зубчатые передачи - цилиндрические, конические, червячные, гипоидные и др. [83]. Большинство зубчатых передач смазываются способом погружения механизма и последующего разбрызгивания масла. В некоторых трансмиссиях тракторов и автомобилей, одновременно с разбрызгиванием масла применяется индивидуальная смазочная система, когда к зубьям шестерен масло подается под давлением. В практику тракторостроения внедрены гидротрансмиссии, в которых масло служит рабочей средой для передачи крутящего момента от двигателя к движителю машины.

Условия работы ТМ имеют ряд особенностей: высокие удельные давления в зоне зацепления зубчатых колес, условия граничного трения, тепловые вспышки в зоне контакта, высокие скорости относительного скольжения зубьев [62]. К тому же условия работы смазочного масла в различных механизмах трансмиссий не одинаковы. Но даже в одном определенном механизме трансмиссии, например, в главной передаче автомобиля или трактора, условия работы масла изменяются в очень широких пределах, как по температурному режиму, так и по удельному давлению и скорости скольжения в зоне контакта. В червячных и конических зубчатых передачах удельные нагрузки на зубья шестерни достигают 1500...2000 МПа, а в гипоидных передачах -3000...4000 МПа [83]. Соответственно более тяжелые режимы работы зубчатых передач приводят к значительному росту рабочей температуры, достигающей 125...150 С. В местах контакта зубчатого зацепления, при относительном скольжении зубьев со скоростями до 10 м/с происходит выдавлива-

ние масла из зоны зацепления, локальное повышение температуры до 350-400°С (тепловая вспышка) [61]. Внутри картеров зубчатых передач механизмов трансмиссии масло подвергается разбрызгиванию и аэрации, а также каталитическому воздействию металлов смазываемы^; деталей, нагреванию, окислению и т.д.

Известно, что в условиях эксплуатации скорость прогревания масла в трансмиссии значительно меньше, чем в двигателе. Даже при испытании на стенде с беговыми барабанами масло в главной передаче прогревается в 2... 4 раза медленнее, чем в двигателе [53]. Малый приток тепловой энергии и большие поверхности теплоотвода замедляют прогрев масла, и автомобиль (трактор) значительное время работает при высокой вязкости, что вызывает большие потери энергии в трансмиссии, а следовательно существенно (на 812%) снижается топливная экономичность. Пологая вязкостно-температурная характеристика (ВТХ) смазочных материалов, работающих в агрегатах трансмиссий, приобретает особое значение.

Исходя из вышесказанного, можно заключить, что для механизмов трансмиссии требуются масла с высокой прочностью масляной пленки. Это свойство определяется наличием поверхностно-активных веществ (ПАВ), содержащихся в наибольшем количестве в высокосмолистых остаточных нефтепродуктах, из которых получают ТМ. Кроме того, высокая маслянистость ТМ достигается введением специальных присадок, образующих при большом давлении и высокой температуре пленки оксидов, предохраняющих металл от схватывания в точках контакта.

1.2. Старение гидротрансмиссионных масел в процессе эксплуатации

В трансмиссиях и гидросистемах в процессе эксплуатации под воздействием высоких температур в присутствии кислорода воздуха в смазочном масле интенсивно протекают реакции окисления, разложения и полимеризации. Кроме того, работающее масло загрязняется продуктами износа, пылью

из окружающего воздуха, водой. В результате перечисленных выше процессов происходит постепенное старение смазочного масла, т.е. изменение его физико-химических и эксплуатационных свойств. В результате образуются продукты конденсации и полимеризации промежуточных соединений [17] -различные асфальто-смолистые вещества, карбены и карбоиды (рис. 1.1).

Рис. 1.1 Процесс старения масла

Смолы представляют собой полужидкие или пластические продукты длительной полимеризации ароматических и нафтеновых углеводородов. По внешнему виду это темно-желтые или коричневые вещества нейтрального характера относительно высокой консистенции. По своему строению - это полициклические высокомолекулярные соединения, содержащие кислород и серу.

Асфальтены - темно-бурые нейтральные вещества дальнейшего превращения смол аморфного строения, образующие с маслом тонкую дисперсию. Они легко коагулируют при изменении природы углеводородной среды.

Карбены и карбоиды имеют еще более темную окраску, чем асфальтены, и являются продуктом их дальнейшего уплотнения.

Кислоты и большинство оксикислот - жидкие вещества. Асфальтогено-вые кислоты по внешнему виду похожи на смолы, но отличаются от них кислым характером.

Продукты окисления изменяют внешний вид масла и его физико-химические свойства: масло становится темным, вязкость его увеличивается, повышается кислотность, из масла начинают выделятся всевозможные осадки. Скорость окисления и характер образующихся продуктов зависят от хи-

мического состава масла, температуры, давления, величины поверхности соприкосновения масла с кислородом и наличия катализаторов.

Многие исследователи рассматривали влияние на износ твердых органических частиц и асфальто-смолистых соединений. Семенидо Е.Г. считает, что продукты полимеризации положительно влияют на противоизносные свойства масла [79]. Карбены и карбоиды оказывают буферное действие, предохраняя поверхности от непосредственного контакта. Ларсен и Перри, ссылаясь на работы других исследователей, указывают, что качество минерального масла улучшается во время работы [56]. Продукты окисления масла могут снижать износ металлических поверхностей в силу своей полярной активности.

Общая концентрация механических примесей в масле не является основанием для суждения о противоизносных свойствах работавшего масла [55]. Представляется более целесообразным раздельное определение в примесях их горючей и зольной частей [16]. В случае, когда абразивные частицы не имеют на своих поверхностях адсорбированных органических пленок в виде асфальто-смолистых веществ, изнашивающее действие весьма значительно [17]. По мере покрытия поверхности абразивных частиц пленкой органических соединений их абразивное действие уменьшается. Наилучшей является такая структура, при которой абразивные частицы полностью изолированы от трущихся поверхностей (коллоидная защита). В результате многократно повторенных опытов для масел без присадок было установлено, что применение работавших масел позволяет увеличить нагрузку вдвое по сравнению с применением свежего [17]. Таким образом, в ОСМ находятся асфальто-смолистые вещества, которые изменяют маслянистость смазочного масла, по сравнению со свежим, в результате чего уменьшается износ трущихся поверхностей в узлах трения машин и агрегатов. Следовательно, при восстановлении ОСМ целесообразно сохранять асфальто-смолистые вещества, отделяя их от механических примесей.

1.3. Влияние ультразвуковой обработки на состояние смазочных масел

В целом ряде работ, опубликованных в период 1967-1995 гг., сделана попытка применить для повышения качества работавших и свежих смазочных масел ультразвук [18, 35, 59, 76, 77 и др.]. Аналогичные исследования, с участием автора, проводились с 1993 г. на кафедре "Тракторы, автомобили и теплоэнергетика" СПГАУ.

Лышко Г.П. и его учениками ультразвук использовался для улучшения растворения и повышения стабилизации присадки в смазочном масле [59]. Применение масла М10Б2 с 6% присадки ВНИИ НП-360, обработанного ультразвуком, в двигателе Д-50 позволило увеличить срок работы смазочного масла до замены с 240 до 600-700 моточасов, что привело к снижению его расхода на 18-22%. Во время указанного срока работы двигателя никаких неполадок и неисправностей, связанных с системой смазки, не наблюдалось. При этом было установлено, что дизельное масло, обработанное ультразвуком, в значительно меньшей степени изменяет свои эксплуатационные свойства, а его использование уменьшает износ тракторного двигателя, определенный по содержанию железа в масле и отложениях центрифуги. Обработка дизельного масла ультразвуком выполнялась на специально изготовленной установке по следующим режимам: 1) частота колебаний 20 кГц, время обработки 15 мин; 2) частота колебаний 550 кГц, время обработки 5 мин.

Венцель C.B. и его ученики применили ультразвук для повышения антифрикционных, противоизносных и диспергирующих свойств смазочных масел [18]. Ультразвуковая обработка смазочных масел выполнялась в ванне УН1-04-ВИ по следующему режиму: частота колебаний 20 кГц, время обработки 1 час, температура 50-60 °С. Источником ультразвуковых колебаний служил ультразвуковой генератор УН1-0,4-Г. Регуляторные характеристики, снятые с дизельного двигателя Д-16 после его работы на свежем и работавшем смазочных маслах Дп-11 (ГОСТ 5304-54), обработанных ультразвуком, показали повышение эффективной мощности двигателя, снижение механиче-

ских потерь и удельного расхода топлива на всех скоростных режимах его работы. На основании выполненных экспериментальных исследований Вен-цель C.B. делает вывод о том, что обработка смазочных масел ультразвуком является перспективным способом повышения износостойкости машин в эксплуатации и требует дальнейшего изучения и проверки [18]. При объяснении влияния ультразвуковой обработки на улучшение антифрикционных, противоизносных и диспергирующих свойств смазочных масел Венцель C.B. делает предположение о том, что местные электрические разряды, возникающие в результате ультразвуковой кавитации, вызывают ионизацию, повышающую стабильность, смачивающую способность и другие свойства смазочного масла. Кроме того, ультразвуковые колебания вызывают диспергирование продуктов старения и внешнего загрязнения, находящихся в работавшем масле во взвешенном состоянии, повышают склонность молекул углеводородов к окислению, способствующему образованию различных ки-слородосодержащих соединений в смазочном масле в процессе его эксплуатации [18].

В ГОСНИТИ Руденко А.И. и Чувыгин A.B. исследовали влияние ультразвука на эксплуатационные свойства отработавшего дизельного масла Дп-11 (ГОСТ 5304-54) [77]. Ультразвуковая обработка смазочного масла выполнялась на специально созданной установке, состоящей из гидродинамического излучателя с пластинчатым колебательным устройством и приспособления, обеспечивающего подачу смазочного масла в излучатель под давлением [92]. Был определен наиболее эффективный режим ультразвуковой обработки смазочного масла: частота колебаний 18-20 кГц. оптимальная продолжительность озвучивания 60-75 мин., температура - в пределах 75-80 °С.

Исследования, проведенные в ГОСНИТИ, позволили установить, что ультразвуковая обработка улучшает отдельные эксплуатационные свойства отработавшего дизельного масла (вязкость, кислотное число), вызывает диспергирование механических загрязнений, приводящее к повышению его про-

тивоизносных свойств, и обеспечение нормальной работы фильтрующих элементов маслоочистительных устройств двигателя.

Основанием к использованию ультразвука для обработки ОСМ послужили экспериментальные и теоретические работы советских и зарубежных ученых, посвященные исследованию влияния ультразвука на состояние жидких веществ [13, 76, 97, 99, 100, и др.]. Большинство исследователей считает, что ультразвуковая обработка жидкостей сопровождается возникновением химических реакций, связанных с явлением кавитации в поле ультразвуковых волн.

Эльпинер И. Е. высказывает гипотезу о наличии в ультразвуковых химических реакциях двух этапов, тесно связанных с явлением кавитации [97].

1 этап. Кавитационные пузырьки, образующиеся при распространении в жидкости ультразвуковых волн в местах разряжения, заполняются парами и растворенными в жидкости газами. В результате электрохимических процессов, имеющих место в кавитационной полости в первоначальной стадии ее образования и развития, когда давление в полости мало, заполняющие ее газы подвергаются процессам ионизации или активации. Для этой стадии характерным является возникновение больших электрических напряжений в полости, которые могут вызвать ее электронный пробой.

2 этап. Увеличение давления в кавитационной полости. Наступающая фаза сжатия вызывает захлопывание кавитационной полости. В окружающую среду переходят образовавшиеся в кавитационной полости электрические заряды. Захлопывание кавитационного пузырька сопровождается возникновением интенсивных импульсов давления (ударных волн), повышающих давление в жидкости вблизи захлопывающегося пузырька до нескольких тысяч атмосфер.

На основании выше сказанного Эльпинер И.Е. ультразвуковые химические реакции делит на следующие группы.

1. Химические реакции, протекающие непосредственно в газовой фазе, т.е. в кавитационной полости.

2. Химические реакции, вызываемые активными веществами (ионами и свободными радикалами), образующиеся в газовой полости и проникающие в

окружающую жидкость в результате захлопывания кавитационных пузырьков.

3. Химические реакции, происходящие на границе раздела кавитацион-ная полость-жидкость, в результате взаимодействия возникающих в полости свободных радикалов и атомов с веществами, расположенными на границе раздела двух сред.

4. Химические реакции, возникающие в озвучиваемой жидкой среде под действием ударной волны, источником которой являются захлопывающиеся кавитационные полости.

Возникновение химических реакций связано не только с захлопыванием образующихся кавитационных пузырьков, но и со способностью их к резонансным периодическим пульсациям (сжатию и растяжению) с определенной частотой. Процесс сжатия газонаполненного пульсирующего кавитационно-го пузырька происходит в адиабатических условиях, при которых температура заполняющего его газа при определенных условиях достигает значительных температур (2000 К и выше). Возникающие пузырьки в маленькой газонаполненной полости, могут привести к возникновению химических реакций, протекающих в поле ультразвуковых волн. Продукты газовых реакций диффундируют из кавитационной полости в окружающую жидкость и вызывают возникновение вторичных химических реакций. При продолжительном озвучивании растворов длинноцепных молекул (макромолекул) наблюдается стойкое необратимое снижение вязкости этих растворов. Это явление объясняется способностью ультразвуковых волн расщеплять макромолекулы на более мелкие молекулы (деполимеризующий эффект) [97]. Ультразвуковая деполимеризация может быть вызвана, по мнению Эльпинера И.Е., появлением кавитационных пузырьков в озвучиваемой жидкости. Вблизи этих пузырьков в жидкости возникают градиенты скоростей, которые могут обусло-

вить разрывы макромолекул. С увеличением интенсивности ультраакустических колебаний возрастает "раздробляемость" озвучиваемых молекул.

Шмид, Парс и Пфлайдерер на основании экспериментальных исследований пришли к выводу о том, что ультразвуковая деполимеризация представляет собой механический распад, в котором главную роль играет резонансное воздействие колеблющихся кавитационных пустот [100].

Всестороннему исследованию подвергалась проблема диспергирования твёрдых тел в жидкостях. Ряжевкин С.Н. и Островский Е.П., используя ультразвуковые волны большой частоты, получили очень тонкие водные эмульсии (Hg , S, Sn , Bi, Pb , Cu , Ag,) a также различных масел и парафина [76]. Клаус В. и Шмидт Е. [99] провели количественные исследования диспергирования твёрдых металлов (Pb, Fe, Ag ) и установили, что число и степень дисперсности частиц металла тем больше, чем больше мощность ультразвука и длительность его воздействия. Действие ультразвуковых волн на коллоидные растворы приводит к дальнейшему уменьшению размеров частиц. Изменяя условия опыта, им удалось получить дисперсные системы с различной величиной частиц вплоть до истинных коллоидных растворов и диспергировать почти все металлы. Как отмечает Бергман Л., диспергирующее действие ультразвуковых волн можно использовать для разрушения агрегатных зёрен в эмульсиях и, следовательно, для повышения их гомогенности [13]. Венцель C.B. исследовал влияние ультразвуковых колебаний на диспергирование продуктов старения и внешнего загрязнения работавших масел и пришёл к следующему выводу: диспергированные частицы имеют увеличенную удельную поверхность, адсорбируют на себе продукты окисления и улучшают антифрикционные свойства смазочного масла: заполняя впадины на сопряженных поверхностях трения, они, тем самым, увеличивают площадь фактического контакта и снижают удельные нагрузки в сопряжениях, интенсифицируя теплопередачу между поверхностями трения, мелкие частицы снижают возможность возникновения микросхватывания [18].

Широко применяется ультразвук для получения очень тонких и однородных эмульсий [91]. Согласно опытам С. Бонди и К. Золльнера существенную роль в процессе образования эмульсии играет кавитация [99]. Концентрация эмульсии и достижимая величина частиц зависят от природы веществ, интенсивности и продолжительности облучения, от размеров и формы сосуда. Ультразвуковое эмульгирование используется для получения очень тонко диспергированной топливо-водяной эмульсии, для улучшения растворимости и повышения стабильности, вводимых в смазочные масла присадок [59,].

Различные исследователи, занимавшиеся изучением ультразвука, уже давно наблюдали целый ряд химических действий ультразвука [74]. Сложность объяснения наблюдаемых явлений состоит в трудности отличить истинно химические действия ультразвука от происходящих одновременно термических процессов. Химические действия ультразвука проявляются в окисляющих действиях и в процессах, при которых, благодаря облучению ультразвуком, происходит ускорение химических реакций. В связи с этим следует упомянуть работу [101], в которой исследовалось влияние ультразвука на ускорение процессов полимеризации и конденсации сырой нефти, а также целый ряд работ [102, 103 и др.], посвященных ультразвуковой обработке минеральных, растительных и животных масел. При этом было установлено, что облученные масла более подвержены самоокислению. Добавление в масло металлических примесей, особенно меди, ускоряет процессы окисления, в результате чего высокомолекулярные соединения масла переходят в низкомолекулярные.

Однако в настоящее время ультразвуковая обработка совершенно не рассматривается при регенерации ОСМ и преобладают традиционные методы восстановления.

1.4. Маслянистость смазочных масел

Основным назначением смазочных масел является снижение трения деталей. Характер смазывающего действия зависит в значительной степени от

толщины смазочной пленки. При толщине пленки масла > 6 мкм, разделяющей движущиеся детали, осуществляется гидродинамическая (жидкостная) смазка, первостепенным фактором которой является вязкость. При наличии между трущимися деталями молекулярного слоя масла толщиной от 0,1 до 1,0мкм. возникает граничное трение, существенным фактором для его снижения является маслянистость смазочного масла [2].

Прочность молекулярного слоя масла зависит как от состояния поверхности трения, так и от физико-химических свойств самого масла. Молекулы или атомы твердого тела обладают силами притяжения, образующими над поверхностью тела силовое поле. В результате существования этих сил поверхность твердого тела практически всегда покрыта тонкой пленкой адсорбированных газов и жидкостей. Способность частичек жидкости прилипать к твердым телам находится в некоторой связи с капиллярными свойствами жидкости или с их поверхностным натяжением. Известно, что различные жидкости по-разному ведут себя при соприкосновении с твердыми телами. Если нанести на чистую металлическую пластинку отдельными каплями ртуть, воду и минеральное масло, то мы увидим, что ртуть останется лежать на пластинке каплей почти правильной шарообразной формы, капля воды немного расползется по краям, но будет стремиться сохранить все же округлую форму, а масло совсем расползется по поверхности пластинки. Это объясняется тем, что различные жидкости обладают различным поверхностным натяжением, т.е. силой, стремящейся уменьшить поверхность жидкости [52]. Величина поверхностного натяжения зависит от того, насколько велики силы сцепления между молекулами жидкости. Если эти силы очень велики, то жидкость не смачивает твердое тело (ртуть), если же они малы и уступают силам их сцепления с твердым телом, то жидкость смачивает тело (масло). Естественно, что для смазывания трущихся поверхностей необходимо применять жидкость, обладающую возможно большей смачиваемостью. Кроме того, для смазочного масла очень важно, чтобы его молекулы у поверхности металла собирались более плотно, создавая на ней уплотненную пленку.

Способность молекул жидкости притягиваться к поверхности твердого тела объясняется силами сцепления, возникающими между молекулами твердого тела и жидкости и между молекулами отдельных слоев жидкости, и зависит от полярной ориентировки этих молекул [52]. Полярность молекул масла обуславливается или асимметричной структурой углеводородов, составляющих масло, или содержанием в молекуле элементов, придающих ей полярность, а именно: серы, кислорода, хлора и некоторых других. У парафиновых (алкановых) углеводородов с прямой цепью полярность выражена слабо; нафтеновые (циклановые) и ароматические углеводороды с боковыми разветвленными цепями обладают повышенной полярностью. По мере повышения молекулярного веса углеводородов их полярность возрастает. Смазочные жидкости при нанесении на поверхность образуют на ней ряд молекулярных слоев, создающих совместно масляную пленку. Физическую картину образования молекулярного слоя масла схематически можно представить в следующем виде (рис. 1.2).

а)

Ттт!пмпннп| ШгТшТГиГГ * II н М 5 П И и И И I и и и и и ? и И I

У//У/ ■'>•;■:'•' ;,'•; /■'/,■•.■.■'/■■¿'■'///■¿//■у ' А И И И ; И ! П М 3 г И ! Е ; ! | И И П Л И И // 1'М ! ( 1 I / м I И \ \\П * и \ М

/✓V \\//;/// У \ \М V £/// \//

у. ;Ч \!> I

V " .с " ''У'/У ,

\\/^/У//У/ У/ / /// ?// ,'■ < '<■/ / г / \ // // I Ц I V Ним I / / И ; / / / 1Ц/М/1 I \ 1! /; / ЛПП!Ш11]и)П11|Н!!НШ!1Н|

■УУ7УУУУ^УУУУ7уууу7УУУУУУУУ'*У' У/УУ/./У*<У?

рис. 1.2 Схема строения масляного слоя:

а - смазочная пленка на границе у поверхности твердых металлических тел (при полужидкостном трении); б - смазочная пленка в толстом масляном слое

(при жидкостном трении) Молекулы масла, обладающие той или иной полярностью, притягиваются силовым полем к поверхности металла, образуя на ней сплошной слой ориентированных молекул, подобно щетке или ворсу на ткани (рис. 1.3). Си-

ловое поле влияет лишь на 2-3 слоя молекул, образующих прочную молекулярную пленку толщиной до 0,1 мкм.

о*««*—» о—»—" о

о-*-«""

рис.1.3 Схема образования молекулярной пленки масла на поверхности

твердого тела

Однако даже такой тончайший слой масла способен значительно понизить силу трения и износ трущихся деталей. Потери энергии при граничном трении в 5-10 раз меньше, чем при сухом трении. Уменьшение трения при наличии граничного слоя смазки объясняется чрезвычайной прочностью адсорбированного слоя масла, препятствующего непосредственному соприкосновению поверхностей, а также тем, что свободные концы ориентированных молекул под действием сдвигающей силы способны отклоняться по направлению движения, облегчая этим перемещение деталей (рис. 1.4).

рис.1.4 Положение ориентированных молекул масла при граничном трении

Из изложенного следует, что для создания жидкостного трения необходимо, чтобы смазка обладала двумя свойствами: маслянистостью и вязкостью. Маслянистость создает прочные связи смазки с трущимися поверхностями, образуя на них смазочную пленку. С помощью вязкости, молекулы,

связанные с трущейся поверхностью, увлекают за собой другие молекулы масла, создавая тем самым слой жидкости, разделяющей трущиеся поверхности. При малой вязкости и скорости относительного скольжения трущихся поверхностей или очень большой нагрузке, т.е. во всех случаях, когда смазки для полного разделения между трущимися поверхностями недостаточно, возникает полужидкостное трение и значение маслянистости становится решающим, так как смазка на поверхностях удерживается только благодаря этому свойству [52]. И чем больше в смазочной масле полярно-ориентированных молекул, тем выше его способность к образованию прочной молекулярной пленки на трущихся поверхностях и тем выше его маслянистость. К веществам, находящимся в минеральных маслах и обладающим полярностью, относятся в первую очередь асфальто-смолистые вещества, а также высокомолекулярные кислоты и соединения, содержащие серу. В процессе очистки масляных дистиллятов основная масса этих веществ удаляется из масла (особенно при селективной очистке), что приводит к ухудшению его смазывающей способности, в результате этого такие "переочищенные" масла оказываются непригодными для смазки деталей, работающих при повышенных нагрузках.

Общепринятого и простого метода оценки маслянистости пока нет и в паспортах на масла такой показатель как "маслянистость" отсутствует. Но так как маслянистость является важным эксплуатационным свойством масла, особенно для смазки агрегатов трансмиссий, надо уметь её оценивать. Для этого надо знать состав масла.

Свойство, определяющее способность двух масел равной вязкости обнаруживать разницу в коэффициенте трения, часто квалифицируют как маслянистость [96]. Маслянистостью называется свойство масла образовывать на трущихся поверхностях прочный молекулярный (адсорбированный) слой масла, препятствующий непосредственному соприкосновению этих поверхностей [2]. Папок К. утверждал, что термины "маслянистость", "липкость", "смазывающая способность" тождественны [73].

Маслянистость имеет большое значение в следующих случаях:

- при пуске машины (механизма) в ход;

- во время медленного движения перед остановкой;

- при возвратно-поступательном движении;

- при резких колебаниях скорости и нагрузки;

- при высокой температуре;

- при высоком удельном давлении;

- при малой вязкости масла;

- при недостаточной подаче масла.

Природа маслянистости до сих пор ещё окончательно не выяснена; нет пока и единицы измерения её. Поэтому для оценки маслянистости различных смазочных масел приходится исходить из опыта. В зависимости от методики испытаний смазочные свойства масел выражаются тремя различными показателями [73]: 1. коэффициентом трения; 2. нагрузкой, под действием которой разрушается масляная пленка; 3. износом трущихся деталей. В настоящее время достаточно детально проведены исследования первого и третьего показателя, т.к. они относятся к прямым видам лабораторных испытаний и их удалось достаточно легко реализовать приборно (машины трения различных типов) [83]. В частности, коэффициент трения - это отношение силы трения между двумя телами к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу. А сила трения - это сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленная к общей границе между двумя телами [83]. Но это не свойство самого масла, В данном случае масло уменьшает силу сопротивления перемещению. Износ трущихся деталей также определяется прямым методом и представляет собой результат процесса изнашивания - отделения материала с поверхности твердого тела при трении и постепенного изменения размеров и (или) формы тела [82]. Для лабораторной оценки смазывающей способности масел используют машины трения. Испытания на таких машинах не требуют больших затрат средств и времени и этим выгодно отличают-

ся от испытаний на реальных механизмах. Наиболее известными способами изучения трения являются: четырехшариковая машина трения [22], машина трения Тимкена (А8ТМ 02782-77), метод радиоактивных шестерен и др. Недостатком данных машин является то, что износ поверхностей трения в машинах с точечным или линейным контактом приводит к изменению геометрии поверхности и, как следствие, к непостоянству удельных давлений и режима смазки в процессе испытания. Это затрудняет интерпретацию результатов исследований на износ. Метод радиоактивных шестерен является дорогостоящим и требующим соблюдения высокой техники безопасности. Наиболее предпочтительной является машина трения БАЕ. В данной машине трения с линейным износом изменение диаметра дисков за счет износа обычно невелико и, следовательно, условия трения остаются практически неизменными. Аналогом машины трения БАЕ в нашей стране является машина трения МИ-1. Общим недостатком машин трения является то, что они не воспроизводят условия работы масла в реальных механизмах, следовательно, можно получить только сравнительные данные о смазочной способности масел. До настоящего времени ни одна машина трения не получила общего признания.

В современных исследованиях совершенно не получили признание физико-химические способы оценки маслянистости смазочных масел, как комплексного показателя, характеризуемого такими параметрами, как поверхностное натяжение, поверхностная энергия, адгезия, адсорбция, теплота смачивания, теплота адсорбции и т.д. [73].

Поверхностное натяжение - термодинамическая характеристика поверхности раздела двух фаз, определяемая работой обратимого изотермического образования единицы площади этой поверхности [82]. В случае жидкостной поверхности раздела: поверхностное натяжение - это сила, действующая на единицу длины контура поверхности и стремящаяся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз. Это величина свободной поверхно-

стной энергии. Применяется для оценки свойств смазочных материалов. Зависит от температуры, давления, вязкости.

Поверхностная энергия - избыток энергии поверхностного слоя трения по сравнению с энергией вещества внутри тела, обусловленный различием межмолекулярных взаимодействий в обеих фазах [82]. Свободная поверхностная энергия линейно уменьшается с ростом температуры. Поверхностная энергия оказывает влияние на адгезию и адсорбцию.

Адгезия - возникновение молекулярной связи между поверхностными слоями соприкасающихся разнородных тел.

Адсорбция - концентрация жидких веществ на поверхности твердых тел,

W с» ТЛ

происходящая в результате взаимодеиствия их полей. В зависимости от интенсивности взаимодействия могут образовываться слои различной толщины (моно или мультимолекулярные). Формирующиеся на поверхностях трения адсорбированные пленки смазочных масел и ПАВ уменьшают поверхностное натяжение масла, облегчают пластическую деформацию поверхностных слоев, снижают коэффициент трения.

По утверждению Вильямса В.Р. наличие на трущихся поверхностях адсорбированной пленки создает определенный коэффициент трения, зависящий от химической природы не только данного смазочного вещества, но и того твердого вещества, которое оно смазывает [19]. Из этого следует, что маслянистость не есть постоянная величина для каждого данного материала и что она изменяется в зависимости от химического состава и шероховатости смазываемой поверхности.

Маслянистость смазочного материала может быть подсчитана по следующей формуле:

Маслянистость = 100 ( 1 - jn ) , где

ц - коэффициент трения (покоя), для определения которого существует специальный прибор [19].

В качестве параметра определения маслянистости жидкости представляется количественная оценка адгезионного взаимодействия, измеряемая силой

или работой внешнего воздействия для нарушения связи между двумя контактирующими телами. По мнению Фукса Г.И. "маслянистость - это способность жидкости обуславливать малое сопротивление контактирующих поверхностей твердых тел тангенциальным силам сдвига и высокое сопротивление сближению их под действием нормальной нагрузки" [90]. Это явление возникает при контакте двух разнородных конденсированных тел. Этот контакт происходит на границе раздела фаз. Маслянистость характеризует связь между двумя телами; для нарушения этой связи необходимо внешнее усилие.

Для оценки и прогнозирования смазочных свойств масел в современных исследованиях используют температурно-кинетический метод [83]. Внутреннее трение трансмиссионных масел регулируется вязкостью основы. Снижение внешнего трения достигается путем введения в масло ПАВ, модификаторов трения. Однако, иногда для повышения маслянистости трансмиссионных масел, предназначенных для работы при весьма высоких удельных давлениях, но при сравнительно невысоких температурах, их умышленно не подвергают очистке, чтобы сохранить в масле молекулы с повышенной полярностью.

Асфальто-смолистые вещества обладают повышенной природной маслянистостью и поэтому их стараются сохранить в трансмиссионных маслах как полезную составляющую часть. В маслах для двигателей эти продукты удаляют, так как они отличаются плохой антиокислительной устойчивостью при повышенных температурах. Все существующие способы удаления механических примесей в промышленности предусматривают удаление и асфаль-то-смолистых веществ. Приведенный выше анализ показывает, что, удаляя механические примеси из ОСМ, возможно сохранить асфальто-смолистые вещества, которые повышают маслянистость восстанавливаемого масла.

1.5. Анализ методов регенерации отработанных смазочных масел

Наиболее перспективным и рациональным направлением использования отработанных смазочных масел (ОСМ) является переработка их с получением масел для повторного применения по прямому назначению. Восстановлению свойств отработанных масел посвящены многочисленные публикации [7, 10, 32, 48,49, 51,75,78, 92].

В зависимости от свойств исходного сырья; назначения конечного продукта, существующих технологических возможностей, экономической необходимости и экологической целесообразности применяются различные методы переработки, с помощью которых достигается частичное или полное восстановление отработанного смазочного масла. Методы восстановления ОСМ разделяются на физические, физико-химические, химические, комбинированные методы [75].

Физические методы позволяют удалять из масел твердые частицы загрязнений, микрокапли воды, смолистые коксообразные вещества, легкоки-пящие фракции топлива. Очистка отработанных масел в гравитационном поле является одним из наиболее простых физических методов и заключается в выделении из масла взвешенных твердых частиц и микрокапель воды под действием силы тяжести. Эффективность отстаивания ОСМ значительно снижается, если в масле содержатся, например диспергирующие (моющие) присадки или другие вещества, препятствующие агрегатированию частиц загрязнений и коагуляции микрокапель воды [48].

В связи с тем, что процесс отстаивания протекает медленно и часто не обеспечивает необходимой степени очистки обработанного масла, его применяют лишь для предварительной очистки масел. Продолжительность очистки масел существенно сокращается при использовании центробежных сил для удаления из масла частиц загрязнений и микрокапель воды [48]. С помощью центрифуги может быть достигнута более высокая эффективность очистки масел, чем при использовании гидроциклона. Центрифуги создают не-

большое гидравлическое сопротивление и обеспечивают постоянную пропускную способность, однако они конструктивно сложнее и требуют квалифицированного обслуживания при эксплуатации. Степень очистки в зависимости от типа центрифуги достигает до 1 мкм.

Очистка и обезвоживание отработанных масел в электрическом поле пока не получили распространение, хотя электрокинетические свойства масел, являющихся диэлектриками, указывают на целесообразность применения этого метода [24]. Имеющийся практический опыт подтверждает, что в определенных условиях электроочистка масел достаточно эффективна. Для очистки масел от твердых частиц могут применяться электроочистители с однородным или неоднородным электрическим полем. Однако данный способ требует детального исследования.

Среди загрязняющих отработанное масло частиц значительную часть составляют ферромагнитные загрязнения, образующиеся в результате износа смазываемых узлов и деталей. Для их удаления из масла можно применять магнитные очистители, основанные на использовании магнитного поля. Они улавливают ферромагнитные частицы размером 0,4 мкм., которые практически не могут быть удалены из масла другими средствами очистки.

Из физических методов очистки ОСМ наибольшее распространение получило их фильтрование через пористые перегородки, изготавливаемые из разнообразных фильтрующих материалов [51]. Широкий ассортимент фильтрующих материалов позволяет создавать фильтры различных конструкций, со степенью очистки до 2мкм., выбор которых зависит от требований к степени очистки ОСМ и параметров процесса их регенерации (производительность, рабочее давление и т.д.). Фильтрационные методы находят применение также и при обезвоживании масел. Отделение свободной воды в пористых перегородках, обладающих водопоглощающими свойствами, происходит за счет впитывания фильтрующим материалом влаги до полного его насыщения. Пористые перегородки из водоотталкивающих материалов пропускают масло, но непроницаемы для взвешенных в нем микрокапель воды.

За рубежом находят применение мембраны, изготовленные на основе нитрата и ацетата, целлюлозы, полиамида, поливинилхлорида, фторуглехлорных соединений и т.д.

Однако все существующие физические методы восстановления ОСМ не способны сохранять асфальто-смолистые вещества в масле т.е. при их реализации происходит полное удаление вместе с примесью и смолистой составляющей масла, которую целесообразнее сохранять как было показано в п. 1.3.

При регенерации отработанных масел нашли широкое применение физико-химические методы. К ним относятся коагуляция, адсорбция и селективное растворение содержащихся в масле загрязнений.

Коагуляция, т.е. укрупнение частиц загрязнений, находящихся в масле в коллоидном или мелкодисперсном состоянии, осуществляется с помощью специальных веществ - коагулянтов. Процесс коагуляции зависит от количества вводимого коагулянта, продолжительности его контакта с маслом, температуры, эффективности перемешивания и т.д. Продолжительность коагуляции в отработанном масле составляет 20-30 мин., после чего можно производить очистку масла от укрупнившихся загрязнений с помощью отстаивания, центробежной очистки или фильтрования. Влияние температуры на процесс коагуляции связано главным образом с понижением вязкости при нагревании, а также с действием конвективных потоков, способствующих перемешиванию.

Адсорбционная очистка ОСМ заключается в использовании способности веществ, служащих адсорбентами, удерживать загрязняющие масло продукты на наружной поверхности гранул и на внутренней поверхности пронизывающих гранулы капилляров. В качестве адсорбентов применяются как вещества природного происхождения (отбеливающие глины, бокситы, природные цеолиты), так и полученные искусственным путем (силикагель, окись алюминия, алюмосиликатные соединения, синтетические цеолиты). На практике в настоящее время применяются синтетические цеолиты (моле-

кулярные сита), которые имеют однородную кристаллическую структуру и одинаковые размеры пор, соизмеримые с размерами молекул веществ, загрязняющих масла. Адсорбционная очистка отработанных масел может осуществляться: контактным методом, когда масло перемешивается с измельченным адсорбентом; перколяционным методом, когда очищаемое масло пропускается через толщу адсорбента; и методом противотока, когда масло и абсорбент движутся навстречу друг другу. Степень очистки смазочных масел достигает до 2 мкм.

Недостатком данных способов является то, что из масла удаляются все смолистые вещества, которые обволакивают частицы загрязнений, а также возникает проблема утилизации отработанных коагулянтов и адсорбентов.

Из химических методов очистки используется сернокислотная и щелочная. До недавнего времени для регенерации отработанных масел широко применялась серная кислота.

Недостатком данного метода является необходимость дальнейшей переработки растворителей и трудоемкость выполняемых операций.

Многообразие продуктов загрязнений в отработанных маслах не позволяет проводить восстановление свойств масел индивидуальными методами и в практике приходиться комбинировать. Варианты могут быть самыми разнообразными и выбор оптимального процесса требует квалифицированного подхода. Место переработки и оборудования выбираются в зависимости от количества и качества сырья, требований к очищенным маслам, экономики производства и экологических требований.

1.6. Анализ средств для регенерации отработанных смазочных масел

Вопрос организации сбора и повторного использования отработанных масел с целью увеличения объема выпуска смазочных материалов до сих пор остается проблемным.

По числу установок и объему перерабатываемого сырья на первом месте в мире находятся процессы с применением серной кислоты: мировой объем

вторичной переработки ОСМ составляет около 1,5 млн. т/ год, на сернокислотную очистку приходится 1,2-1,3 млн. т/ год [91].

В результате возрастает количество трудно утилизируемых и экологически опасных отходов. Кроме того, сернокислотная очистка не обеспечивает удаление из отработанного масла ПАВ и высокотоксичных соединений хлора. По данной схеме нельзя регенерировать современные масла, совместимые с окружающей средой (растительные и синтетические сложные эфиры), поскольку серная кислота разлагает их (что, в частности, увеличивает выход кислого гудрона).

Комбинированную схему переработки с использованием процессов коагуляции и адсорбции используют в СНГ [64]. Высокая эффективность коагулянта - водного раствора метасиликата натрия - не компенсирует малой активности применяемых сорбентов - не активированных глин, в большинстве случаев даже не проходящих стадию термической активации. Указанные недостатки существенно влияют на качество конечных продуктов переработки.

На Украине работает установка по технологии ВНИИ НП, включающая процессы коагуляции, атмосферной и вакуумной перегонки, деасфальти-зации и гидроочистки [90].

В настоящее время, в нашей стране, промышленностью выпускаются установки средней производительности от 100 до 150 л/ч [50]. Установки ЦКФ и РИМ-62 применяют для очистки отработанных масел, содержащих продукты окисления. Они состоят из контактных аппаратов с мешалками и подогревателями, насосов и фильтров-прессов. В этих установках отработанное масло нагревается до 80 °С, очищается отбеливающими глинами и фильтруется. Аналогичное устройство имеет установка РИМ-1000, в которой масло нагревается до 115... 125 °С с целью более полного удаления водяных паров, которые затем откачиваются вакуум-насосом.

Установки Р-1000М и РИТМ-62 для очистки масел отбеливающей глиной оборудованы адсорбером, через который пропускается масло [92].

Установка ВИМЭ-2 для регенерации моторных масел, не содержащих моющих присадок, дополнительно снабжена аппаратурой для отгонки топлива [94]. В установке РМ-50-62, помимо отгонки топлива, предусмотрена дополнительная обработка масла коагулянтами, что позволяет регенерировать моторные масла с моющими и многофункциональными присадками.

Установки РМ-50-65, РМ-100 и РМ-250 - универсальные, так как в них можно регенерировать отработанные масла различных сортов, в том числе и содержащие присадки [94].

В настоящее время не ведется дифференцированный сбор ОСМ по сортам и маркам и как следствие установки по регенерации только очищают отработанное масло от вредных примесей, а получить высококачественное регенерированное масло из смеси невозможно [7, 48]. Кроме того, возникают определенные трудности с утилизацией остаточных продуктов - кислых гуд-ронов, шламов и сточных вод. Возможности для коренной перестройки существующих установок регенерации и дальнейшее развитие их в системе нефтесбытовых организаций весьма ограничены.

Для нефтеперерабатывающих заводов России характерны следующие особенности энергообеспечения: зависимость от ТЭЦ, устанавливающих непрогнозируемые ограничения на количество отпускаемой тепловой и электрической энергии; резкое повышение цен на тепловую энергию с увеличением доли энергетических затрат в себестоимости продукции [38]. Проблема централизованной переработки отработанных масел на крупных установках осложняется тем, что ресурсы нефтебаз невелики, они разбросаны по территории и для организации сбора ОСМ с нескольких нефтебаз требуются дополнительные затраты на транспортировку. Централизованная переработка отработанных масел на укрупненных установках целесообразна только тогда, когда экономический эффект от укрупнений превышает затраты на сбор и транспортировку. Если эти затраты оказываются больше, то возникает необходимость создания установки по регенерации отработанных масел оптимальной производительности.

Экологически безопасное использование ОСМ предполагает их переработку с получением товарных продуктов самого различного назначения (масел, пластичных смазок, консервационных материалов и др.) [91]. При этом необходима полная утилизация всех образующихся отходов, очистка сточных вод и выбросов в атмосферу. Захоронение отходов крайне нежелательно. Анализ современного состояния вопроса свидетельствует о его фактической нерешенности как в теории, так и на практике [34]. Исключение составляют лишь некоторые процессы переработки и направления использования. Однако во всем мире несомненна тенденция к малоотходной утилизации ОСМ, обусловленная ростом экологических проблем [32].

Поэтому представляют интерес работы по внедрению передвижных ре-генерационных установок небольшой производительности для регенерации ОСМ по сортам и отдельным маркам непосредственно в пунктах их слива, где дифференцированное хранение не составляет значительных трудностей. К преимуществам регенерации масел в местах потребления относятся обеспечение необходимого качества получаемого продукта и снижение расходов на перевозку масла; к недостаткам - более высокая себестоимость регенерированного масла по сравнению с получаемым на специализированных предприятиях.

Непосредственно на работающем оборудовании ведется непрерывная очистка масел в циркуляционных системах смазки тем самым увеличивается срок службы масел, сокращается их расход, повышается долговечность двигателей и механизмов [49].

В настоящее время Тамбовским ВИИТиН созданы малогабаритные установки для очистки отработанных масел УОМ-ЗМ и УОМ-1А представляющие из себя передвижные станции для удаления механических примесей и воды в гравитационном поле [71]. Производительность данных установок 40-60 л/ч. В Московском государственном агроинженерном университете им. Горячкина В.П. создана установка для очистки ОСМ с использованием раз-

деляющего агента и последующим центрифугированием производительностью 50-70 л\ч [4].

Также данной проблемой занимаются в ВНИПТИМЭСХ Ростовской обл. [12], где на базе одно-операционных установок типа УМС - 2 и многофункциональных технических средств СУ ОМ - 1 и СУ ОМ - 1МВ создан комплекс «холодной» регенерации масел УХРМ - 1 производительностью в режиме регенерации до 400 л/смену. Полученное регенерированное масло смешивается с товарным базовым маслом до норм, требуемых ГОСТ [12].

Практика и опыт показывают, что на сегодняшний день целесообразно восстанавливать масла в местах их сбора, используя малогабаритные передвижные регенерационные установки, для обеспечения дифференцированного восстановления ОСМ по сортам и маркам.

1.7. Задачи исследований

Анализируя состояние вопроса регенерации отработанных смазочных масел в сегодняшних сложных экономических условиях, необходимо отметить, что существующие методы регенерации ориентированы в основном на промышленную переработку ОСМ. Существующие установки различного назначения или узко специализированы под конкретное отработанное масло и используют общедоступные методы с использованием стандартного оборудования, или переработки ОСМ с последующим его использованием по косвенному назначению. Чтобы использовать регенерируемые СМ по прямому назначению, необходимо осуществлять дифференцированный сбор ОСМ по сортам и маркам и иметь малогабаритный регенерационный модуль небольшой производительности, способный быстро перенастраиваться на конкретный тип ОСМ. В частности, в процессе эксплуатации ГТМ при определенной наработке наблюдается улучшение смазывающих свойств. Исследование этого явления позволяет сделать вывод о наличии такого свойства как маслянистость. Это свойство необходимо сохранить в отработавших ГТМ при их регенерации. Для этого подбирается ряд комбинированных ме-

тодов регенерации, используя которые возможно сохранить маслянистость отработанных ГТМ.

В связи с вышеизложенным в работе определены следующие задачи исследований:

1. Выполнить расчетно-теоретический анализ факторов, влияющих на маслянистость смазочных масел при регенерации.

2. Разработать методику и программу расчета зависимости маслянистости ГТМ от режимных и эксплуатационных факторов.

3. Разработать способ и устройство для определения показателя маслянистости ГТМ.

4. Обосновать режимы и исследовать влияние ультразвуковой обработки на маслянистость ГТМ при их регенерации.

5. Исследовать влияние полнопоточной фильтрации (ПФ) на маслянистость ГТМ при их регенерации.

6. Разработать способ восстановления маслянистости при регенерации ОСМ.

7. Разработать малогабаритный регенерационный модуль (МРМ) для регенерации отработанных ГТМ.

8. Разработать технологию восстановления маслянистости ГТМ при регенерации с использованием разработанного малогабаритного модуля.

9. Провести стендовые испытания влияния маслянистости регенерируемых ГТМ на износ.

10. Провести производственную проверку регенерированного ГТМ.

11. Оценить экономическую эффективность научной разработки.

2. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МАСЛЯНИСТОСТИ ГИДРОТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ

2.1. Обоснование критерия маслянистости гидротрансмиссионных масел

Из проведенного анализа в главе 1 следует, что для восстановления маслянистости при регенерации ГТМ целесообразно определить последовательность обработки отработанных масел в модуле очистки в зависимости от дальнейшего их назначения.

Твердые механические примеси адсорбируют на себя первичные продукты смолообразования масел. Присадки представляют собой поверхностно-активные вещества (ПАВ). Диспергирующая составляющая удерживает механические примеси во взвешенном состоянии. Сама механическая примесь (это может быть кварцевая песчинка, абразивная частица износа), является ядром, облепленным смолистой органической составляющей, которая является основой маслянистости. При удалении такого сложного коагулированного образования обычными методами вместе с механической примесью будет удалена ценная маслянистая компонента ГТМ. Необходим способ отделения смолистой фракции масла от механической примеси, с удалением последней фильтрованием или дроблением ее ниже порога дисперсности нормативных требований ГТМ, с помощью которого возможно сохранить высокие смазывающие свойства отработанного масла. Необходимо отметить, что мелкие механические примеси в ГТМ величиной ниже порога фильтрации, для узлов трения не существенны. Такие мелкодисперсные твердые частицы улучшают показатели приработки узлов трения, закрывая трещины, каверны, полости шероховатости.

Целесообразно ввести различие маслянистости смазочного масла и вязкости. Вязкость смазочного масла определяет возможность для подвода смолистых составляющих в узлы трения. А уже смолистые составляющие масла обеспечивают снижение трения в сопряжениях. Если в свежих маслах роль

смолистых составляющих выполняют ПАВ, то по мере работы масла роль ПАВ заменяют естественные продукты старения масла, такие как асфальто-смолистые вещества.

Противоизносные свойства ГТМ в значительной степени определяются особенностями поведения смазочного слоя, находящегося между трущимися поверхностями [83]. Указанный слой, формируемый вследствие поверхностной активности масла, находится под воздействием силового поля металла. Вследствие высоких контактных нагрузок, действующих на этот слой, вязкость масла в нем значительно отличается от вязкости в объеме. Главное влияние при этом оказывает ряд других факторов, объединенных общим названием - маслянистость смазки. Под маслянистостью Б.В. Дерягин понимает способность обеспечить лучшее смазочное действие в условиях, когда смазочная прослойка достаточно тонка и ее действие не определяется только вязкостью [30]. Явление маслянистости изучалось A.C. Ахматовым, Б.В. Де-рягиным и многими другими исследователями [5, 6, 29, 53, 55].

Установлено, что вязкость и другие свойства жидкой смазки меняются по мере удаления от металлической поверхности скачкообразно, то есть, существует резкая граница между пленкой и остальным объемом смазки. Это объясняется тем, что в граничных пленках адсорбированные молекулы смазки строго ориентированны в отличие от хаотического их расположения в объеме смазки. Качество граничных пленок улучшается при возрастании длины молекул.

Для измерения смазывающей способности масла необходим прибор, который мог бы непосредственно мерить свойства маслянистости жидкостей. Определение маслянистости в машинах трения страдает опосредованностью оценки смазывающих свойств масел. Кроме того, для лабораторных исследований и эксплуатационно-регламентных работ это довольно трудоемкое мероприятие, в связи с этим существует также потребность в обеспечении простоты оценки маслянистости.

С данной точки зрения перспективным можно считать способ оценки смазывающей способности масла, применяемый в технологии механической обработки металлов и сплавов (штамповке, волочение, фрезерование, шлифование резанием, формовке) по изменению размеров и профиля поверхности специальных шайб [98]. Эти шайбы сдавливают со смазочным маслом между наковальнями штампа, а качество масла оценивают по изменению формы боковой поверхности шайбы при деформации. При эффективном смазочном масле профиль сечения шайбы и отверстия в ней не искажаются, т.к. смазочное масло снижает трение между шайбой и наковальнями, не стесняя деформации шайбы. Но, несмотря на то, что характер взаимодействия очень близок к действительному при граничном трении сопряжений, такой способ оценки маслянистости является весьма грубым, требует штампа, расхода материала трущихся пар [53].

В СПГАУ кафедрой TAT за основу оценки маслянистости был взят способ измерения сил адгезионного взаимодействия, не путем сжатия на примере с шайбами, а путем отрыва смазанных исследуемыми жидкостями гладких стальных поверхностей.

Этот способ оценки смазывающих свойств масла также известен. Он не получил широкого применения в силу того, что оценка маслянистости жидкости путем отрыва не дает точных результатов. При этом считалось, что в отрыве часть жидкости увлекается твердым телом, где внешние усилия тратятся не только на преодоление адгезии, но и на образование перешейка [37]. Нестабильность сил отрыва обуславливалась случайным характером образования перешейка.

Исследование процесса отрыва образцов в СПГАУ показало, что нестабильность вызывается не столько перешейком, сколько тангенциальным смещением контактирующих поверхностей перед образованием перешейка. Устранение такого смещения направляющими стабилизировало силу отрыва. При этом вместо одного перешейка образовалось множество, распределенных равномерно по всей площади образца. Стабилизация силы отрыва позво-

лила данную силу рассматривать как критерий маслянистости масел. Предполагалось, что данная сила выражает собой прочность поверхностного масляного слоя, предохраняющего в граничном (полусухом) трении от контакта движущихся с разной относительной скоростью поверхностей деталей три-босопряжений. Но чтобы данный критерий распространить на понятие маслянистости и воспринимать за ее критерий потребовалось:

1. Связать природу и свойства сдавленного образцами слоя масла со слоем трибосопряжений.

2. Обосновать связь растягивающих сил в опыте с силам сжатия, которым способна противостоять масляная пленка без потери своей масляной способности в действительном контакте трибосопряжений при предельной граничной смазке.

3. Связать измеренную силу с силой трения через коэффициент трения трибосопряжений.

4. Связать через коэффициент трения маслянистость с эксплуатационными показателями трибосопряжения.

Эти положения обосновываются следующим образом:

На единство природы и свойств сдавленного образцами, предложенного прибора, слоя со слоем трибосопряжений указывает начальная фаза испытания масла, где, перед тем как отрывать плоские образцы друг от друга, мы сдавливаем их усилием, достаточным для полного вытеснения всех незакрепленных и слабо закрепленных силами адгезии молекул масла. Этот этап испытаний полностью совпадает с силовой схемой оценки маслянистости на шайбах с прессом. При этом под воздействием сил между металлом и адсорбированном на его поверхности слоем масла, включая молекулы присадок, образуются слои, поведение которых отличается от поведения масла в объеме [55]. Эти слои отождествляются с квазитвердыми телами. В свою очередь, свойства поверхностных слоев металла под слоем масла тоже изменяются. Пленка смазывающего масла, находящаяся под действием сил поля металла, и поверхностные слои металла модифицированного контактирующей с ним

средой, образуют "третье тело", играющее важную роль при трении. Вязкость масла в зоне контакта может возрастать в 100 раз, а слой масла, разделяющий поверхности трения, приобретает свойства квазитвердого тела [83]. При этом между образцами остаются только молекулы в поле адгезионных сил. Причем остаются те из молекул, которые непосредственно закрепились полярной группой или не закрепились, но имеют таких групп несколько, что в сумме создает силу, достаточную для удержания.

В процессе оставления свободного пространства между образцами, слабо закрепленные молекулы создают силы выноса, которые вместе с силами притяжения сепарируют молекулы квазитвердого тела. Эти молекулы, воздействуя друг на друга, ориентируются, а значит, разворачиваются, находясь обычно в скрученном состоянии, и занимают нормально-ориентированное к поверхностям положение. Взаимная ориентация собирает в середине зазора концы длинных молекул. Ориентированные длинные молекулы как бы армируют собой более короткие, увеличивая вязкость масляного тела, находящегося между поверхностями трения. Вместе две поверхности и слои полярно-активных молекул масла представляют собой как бы две щетки, которые сцепили щетиной друг с другом. Где поверхности притягиваются друг к другу, но вместе с тем не имеют возможности полностью соприкоснуться из-за увеличивающейся плотности концов поляризованных молекул (плотность пропорциональна квадрату напряженности электростатического поля к поверхности тел трения). Сила электростатического влияния каждой поверхности имеет дальность действия до 10 мкм. [62]. Под действием этих противоположно направленных сил образцы занимают положение устойчивого равновесия. При этом приложение нормальных к поверхностям сил любого направления вызовет противодействие со стороны образца в противоположном направлении. То есть квазитвердое тело масла и образцы составляют устойчивую систему, где образцы стремятся к одному и тому же расстоянию (зазору) между собой. Устойчивость этого состояния стабилизирует силу отрыва в отличии от условий процесса сжатия пластин.

Согласно данной модели формирования квазитвердого тела, если образцы после ориентации молекул разъединять, то для этого придется приложить усилия против сил сцепления. Это сцепление будет характеризовать с одной стороны многократно возросшую силу вязкого трения в квазитвердом теле длинных концов поляризованных молекул, образующуюся при деструкции квазитвердого тела, где, чем длиннее цепи, тем сила сцепления больше. С другой стороны оно будет характеризовать усилие прикрепления молекул за счет множественности их полярных групп к обеим поверхностям, т.е. величину адсорбции. Обе силы при этом выражают собой разные стороны маслянистости, что и позволяет по обращенному на противоположное воздействию измерять смазывающие свойства масла без выхода на огромные штамповочные усилия, как это делалось в способе с шайбами. Причем, данная сила не только характеризует адгезионные силы, но также и длинноцепность поляризованных молекул, что существенно влияет на смазывающую способность масла. То есть измеренная сила по этим соображениям способна быть комплексным критерием маслянистости масла, достаточно легким для замера. При этом остался открытым вопрос о степени связи измеренной силы со смазывающей способностью масла в действительном трибосопряжении. Если эта связь достаточно высока, то также интересен вопрос о границах использования силы отрыва образца в качестве критерия маслянистости.

На возможность формульного выражения измеренной силы отрыва образцов конструкционных материалов с коэффициентом трения трибосопряжении указывает формула Харди [5]. Харди установил, что при трении различных материалов (сталь, висмут, стекло), смазанных различными представителями нормальных парафинов, жирных кислот и спиртов, коэффициент трения для каждого гомологического ряда линейно снижается с ростом молекулярной массы М:

Г = Ь0 -с1-а-М, (2.1)

где: Ь0 -зависит только от твердого тела (по существу Ь0=^);

с! -зависит от концевой группы молекул, для жирных кислот он больше, чем для спиртов и парафинов, так как карбоксильная группа имеет большую поверхностную активность, чем гидроксильная или метальная; а -представляют собой декремент коэффициента трения, определяемый молекулярной массой, (или длиной цепи) Он совершенно не зависит от свойств твердого тела. Для некоторых жирных кислот с большой молекулярной массой в соответствии с уравнением Харди коэффициент трения практически равен нулю (эффект сверхскользкости), но в большинстве случаев он, начиная со смазочных материалов определенной молекулярной массы, устанавливается на определенном уровне (такие вещества получили общее название эпиламы) [70].

Здесь обе величины д. и а-М, обуславливающие разные факторы смазывающей способность масла согласно проведенного рассуждения, комплексно входят в силу отрыва, которая, по сути, собой их выражает. Харди открыл явление уменьшения со временем коэффициента трения между двумя смазанными пластинами от некоторой достаточно высокой его величины. Время приведения к устойчивому значению он назвал латентным периодом, который зависит от места нанесения смазочного материала, природы полярных молекул, свойств поверхностей твердого тела и их температуры. Он может изменяться от нескольких минут до нескольких часов. Существование латентного периода связывается со временем, необходимым для образования на поверхности ориентированного слоя адсорбированных молекул, и временем для молекулярной переориентации в этом слое, которая обеспечивает минимальные потери на трение (т.е. время перехода молекулы к оптимальной для данного процесса ориентации путем наклона оси молекулы, опрокидывания ее и т.д.) [70]. Постановка опытов по измерению маслянистости для обеспечения однозначности, повторяемости результатов должна учитывать латентный период, т.е. после сдавливания образцов должна даваться выдержка их под давлением для установления равновесия в оставшемся объеме смазочного материала.

Формула Гюмбеля позволяет определить место, в формуле коэффициента граничного трения, куда следует поставить измеренную силу. Формула выражает коэффициент трения через разницу между коэффициентом сухого трения и комплекса факторов смазочных условий, функционально зависящего от вида пары трения (к), вязкости масла (т|), скорости трения (V), шероховатость поверхности (Ь) и удельного давления (р).

(2-2)

р п • р

В этой формуле феномен маслянистости скрыт в коэффициенте (к), как особенность вида трибосопряжения к] и вида смазки Мр. Мр -учитывает вид смазки, отчего константа к], точнее характеризует влияние особенностей твердой части трибосопряжения (форма трибосопряжений) к = к] - Мр. Рост маслянистости будет обуславливать пропорциональное уменьшение коэффициента трения. При обеспечении заданных (нормализованных) гидродинамических условий в подводе смазывающего масла через ориентированную шероховатость для формирования гидродинамических клиньев между пиками шероховатости, которые обеспечили непрерывность существования квазитвердого тела на пиках, коэффициент к] способен характеризовать только форму трибосопряжения.

Тогда с учетом того, что в трибосопряжениях с использованием смазочных масел практически никогда не реализуется сухое трение формулу

Гюмбеля можно упростить до вида:

= (23)

где: Ку становится новым универсальным коэффициентом формы трибосопряжения. Опыты подтвердили возможность использования данной формулы для коэффициента трения. Причем его расчет во многом упростился относительно традиционных. Правильность постановки в формулу коэффициента трения параметра маслянистости подтверждает соседство его с коэффициентом динамической вязкости масла, который при этом становится

характеристикой «транспортных» возможностей смазочного масла. Здесь вязкость масла характеризует макро свойства сил сопротивления в смазочной системе, параметр маслянистости характеризует вязкостные силы в контакте трибосопряжений - микро-свойства смазочной системы. То и другое имеет один характер зависимости от температуры, на что указывает соседство их формуле.

Отношение эксплуатационных показателей отработанного и свежего масел для одинаковых трибосопряжений характеризует количественную оценку пригодности масла к дальнейшему использованию по маслянистости.

В сравнительной оценке исходят из маслянистости тех свежих масел, на которые рассчитывались трибосопряжения. Подставляя в формулы такого отношения коэффициент трения, выраженный через параметр маслянистости, получим, что все параметры трибосопряжения будут одни и те же, кроме значений маслянистости и вязкости масла. Но зависимость от вязкостных характеристик масел, которые обеспечивают транспортные свойства масел, в общих, достаточно жестких требованиях гидродинамики, не так сильны в сравнении с параметром маслянистости. Поэтому отношение эксплуатационных показателей, в основном, зависит от соотношения маслянистости сравниваемых масел. Покажем это,

Отношение потери мощности на трение для отработанного масла к такому же показателю для свежего масла выразится следующем образом:

Ы — V Р _ V ^ _ N • V • ^ • Ь • р

(2.4)

М-Бс * Лс ' *

^о.тр = V • Ро.тр = • V) • гр = —— —, (2.5)

"ЧТ — 0 ТР _ ' Л о '

У _ МБс Лс

"■"м^-м-у-к.-ь-р-Мр/л/ ( >

Мре-Лс-У

Влияние маслянистости Рм при упругом износе (ресурсе) трибосопря-

жении

I

Аотн

'о.из

^с.из

(2.7)

где [53]:

Е ёа

I» = С1

"Ггр <1-8 Е 1-ь-Г 1 "ёа _

с2 НВ_

1+-

2+тц

(2.8)

1Ш- линейный износ

^ - коэффициент граничного трения

ц{- эмпирический коэффициент, зависящий от шероховатости поверх-

ности;

НВ - твердость

т - коэффициент Пуассона

Е - модуль упругости

X - показатель кривой усталости

00 - экстраполированное значение в до N-1

- число циклов

О

- давление на номинальную площадь контакта g - контурное давление

(1 - коэффициент пропорциональности между нагрузкой и деформацией микровыступов

с с

1 к2-Л1-(л12-1)' 2

К

Ь

тах

2г|1+1

2г11+1

0.75

>2 - Л1 - (л! — 1)

2х\1+\

к2 - зависит от обмена энергией

В отношении для одного и того же трибосопряжения разные части выражения (2.8) является константами, тогда приведенные выражения можно упростить:

Т = А • ■р *

1 из ^ '1 гр •

(2.9)

Выражая коэффициент трения через маслянистость, записываем взаимозаменяемость масел по износу трибосопряжений:

г

'отн

_ !о.из __ А ' *о гр _ ^•с.из А • ^ Гр

к^-Ь-р МРо • По • V

к!-Ь - р

Мрс

МРо Т10

(2.10)

[Мрс-^-У]

Таким образом, в сравнительной оценке обоих эксплуатационных показателей масел мы приходим к зависимости их от одного и того же отношения маслянистости сравниваемых масел. Для использования в качестве взаимозаменяемости удобнее это отношение представлять в следующем виде:

Мрс

Км 1

м

(2.11)

Ро

Км- критерий маслянистости масла.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве», Филимонов, Владимир Анатольевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана усовершенствованная технология регенерации отработанных ГТМ. При реализации разработанной технологии обеспечивается регламентированная исходная маслянистость ГТМ и их противоизносные свойства.

2. Разработанная математическая модель прогнозирования влияния маслянистости ГТМ на противоизносные свойства трибосопряжений по критерию маслянистости и транспортной способности позволяет оценить работу трибосопряжений и обосновать выбор смазочных масел без проведения длительных эксплуатационных испытаний.

3. Предлагаемая модель процесса диспергирования отработанных ГТМ позволяет установить необходимую кратность ультразвуковой обработки для отделения смолистой составляющей от механических примесей с целью обеспечения требуемой маслянистости масла.

4. На основании предлагаемой численной модели процесса поглощения влаги при регенерации ГТМ разработана методика расчета процесса поглощения воды, позволяющая оптимизировать геометрические параметры фильтра по коэффициенту влагоемкости (Кв=0,335), толщине (Ь=28мм) и перепаду давления (ДР=0,5Мпа).

5. В результате расчетно-теоретических исследований обоснованы технологические процессы регенерации ГТМ, к которым относятся: восстановление маслянистости путем диспергирования смолистых фракций с помощью ультразвуковой обработки, их отделение от механических примесей с последующим удалением последних и поглощение воды с помощью синтетического водопоглатителя.

6. В. результате экспериментальных исследований получены зависимости физико-химических свойств масла И-20А от ультразвуковой обработки. При этом установлено, что при изменении кратности обработки от 0 до 10 л кинематическая вязкость снижается с 75,85 до 60,38 мм /с, содержание воды с 5,0 до 1,5%, что характеризует положительное воздействие ультразвуковой обработки на качество масла.

7. На основании экспериментальных исследований методом ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) установлено, что отработанные ГТМ в процессе старения не изменяют свой углеводородный состав и могут повторно подвергаться регенерации.

8. При диспергировании отработанных масел наблюдается их частичная деструкция, что регламентирует кратность ультразвуковой обработки не более 2, с учетом энергии, выделяемой генератором кавитации и достаточной для разрушения мицелл, образованных моюще-диспергирующими присадками и смолистыми веществами масла с продуктами износа конструкционных материалов, что способствует более полному отделению образованных частиц штатными средствами очистки масла и сохранению в нем присадок и смолистых составляющих, улучшающих эксплуатационные свойства масла.

9. Созданная установка и разработанная методика испытаний, основанная на отрыве контактирующих поверхностей, между которыми находится слой испытуемого масла, позволяет производить экспериментальную оценку маслянистости ГТМ и прогнозировать их противоизносные свойства. Метод и установка защищены патентом РФ №2125256 от 20.01.1999 г.

10. В результате исследований на машине трения установлено влияние маслянистости смазочных масел различных марок при их одинаковой кинематической вязкости на износ трибосопряжений. При этом установлено, что л л масло М-11 с большей маслянистостью (2,21-10" Н/мм ) имеет износ пар трения на 50% меньше по сравнению с маслом (М-10Г2К) имеющим значение маслянистости 1,77-10"3 Н/мм2.

Усовершенствованная технология регенерации обеспечивает восстановление маслянистости отработанных ГТМ при соблюдении следующей последовательности их обработки: а) двукратная ультразвуковая обработка при частоте ультразвука 20-22кГц; б) центробежное сепарирование с частотой вращения ротора центрифуги не менее 7000 мин"1; в) водоотделение и нейтрализация кислых продуктов (полное «высушивание» масла и снижение кислотности на 40%)

При этих условиях достигается значение маслянистости 3,0-10" Н/мм для масла ТМ-3-18 (для товарного масла2,6-10" Н/мм ) и 3,3-10" Н/мм для

3 2 масла И-20А (для товарного масла 2,5-10" Н/мм ).

11. В результате исследований на машине трения регенерированных по разработанной технологии ГТМ, а также при 20 часовых стендовых испытаниях на износ сопряжений КПП и гидросистемы трактора К-701М, установлено, что разработанная технология обеспечивает регламентированное качество регенерированного масла. При этом износ сопряжений на регенерированном масле идентичен износу на товарном масле.

12. Эксплуатационные испытания регенерированных ГТМ при использовании в трансмиссиях автобусов ЛАЗ в ДГУП «Гатчинапассажиравтот-ранс» г. Гатчина подтвердили их соответствие эксплуатационным требованиям. Технология регенерации принята к внедрению министерством промышленности, энергетики и транспорта Республики Бурятия.

13. Экономическая эффективность от повторного использования масел марок ТМ-3-18 и И-20А регенерированных на МРМ составит 1115,2 тыс. руб. в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Филимонов, Владимир Анатольевич, 1999 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автоматизированные смазочные системы и устройства. /Под редакцией Д.Н. Гаркунова. - М.: Машиностроение, 1982. - 176 с.

2. Алексеев В.Н., Кувайцев И.Ф. Автотракторные эксплуатационные материалы. - М.: Воен. изд-во МО СССР, 1958. - 101 с.

3. Ах. 1233578 СССР, МКИ F02 M 33/00. Генератор кавитации / Браславский М.И. и др.

4. A.c. 1753182 СССР, МКИ F16N39/04. Установка для очистки отработанных масел / Остриков В.В., Гущин В.А., Леднев В.П. и др.

5. Ахматов A.C. Трение и износ в машинах // Труд Всесоюзной конференции - М., АН СССР. - 1948. Том III.

6. Ахматов A.C. Молекулярная физика граничного трения. - М.: Физматгиз, 1963. - 472 с.

7. Базаров И.В. Установки для регенерации отработанных автолов. -М.: Сельхозгиз, 1950. - 96 с.

8. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии.

9. Бонер Ч.Дж. Редукторные и трансмиссионные масла. - М.: Химия, 1967. - 540 с.

10. Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. - Л.: Недра, 1974. - 318 с.

11. Буяновский И.Я. //ХТТМ. - 1994. - № 3. С.29-44

12. Бутов Н.П. Система восстановления и использования отработанных автотракторных масел в АПК: Автореф. дис. ...д-ра техн. Наук. - Зерноград., 1998.-40 с.

13. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. - М.: Изд. иностранной литературы, 1957. - 180 с.

14. Беллами Л. Инфракрасные спектры молекул. - М.: ИЛ, 1957, - 444 с.

15. Беллами Л. Новые данные по ИК - спектрам сложных молекул. - М.: Мир, 1971,-318 с.

16. Венцель C.B. // Вестник машиностроения. - 1955. - №9 -С.21.

17. Венцель C.B. Применение смазочных масел в автомобильных и тракторных двигателях. - М.: Химия, 1969. - 228 с.

18. Венцель C.B., Асеев Н.В., Ваулин В.Д., Применение ультразвука для улучшения антифрикционных свойств смазочных масел. // Вестник машиностроения. - 1968 -№9. С 25-29.

19. Вильяме В.Р. Топливо, смазочные материалы и вода. - М.: - 2-е изд. перераб. и доп.. Госсельхозиздат, 1951. - 495 е..

20. Войнов Н.П. Подбор смазочных масел для обкатки двигателей и механизмов. - М.: Гостоптехиздат, 1950 - 248 с.

21. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. - М.: Мир, 1976. - 541 с.

22. ГОСТ 9490-88. Масла смазочные. Метод определения смазывающих свойств на четырехшариковой машине.);

23. Гуреев A.A., Фукс И.Г., Лашхи В.Л. Химмотология. - М.: Химия, 1986.-368 с.

24. Гусев О.Н. Современные методы переработки и рационального использования отработанных масел. - М.: Машиностроение 1987. - 56 с.

25. Гюнтер X. Введение в курс спектроскопии ЯМР. - М.: Мир, 1984. 478 с.

26. Дьяченко П.Е. Применение радиоактивных изотопов в технике. - М.: Машгиз, 1958. - 154 с.

27. Данилова Е.В., Никифоров O.A. Исследование состояния дисперсной фазы работавших дизельных масел. // НИИ ИНФОРМТЯЖМАШ. / реферативная информация, дв. вн. сгорания, 4-72-13, М., 1972.

28. Дерягин Б.В. Что такое трение?. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - 156 с.

29. Дерягин Б.В. Проблемы трения твердых тел и граничной смазки. // ДАН СССР. - 1948. - №5. - С. 24-28.

30. Дерягин Б.В. и др. О природе маслянистости смазочных средств и методах ее количественной оценки. "Трение и износ в машинах". // Труды Всесоюзной конференции Том I. - М., Изд-во АН СССР, 1939.

31. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. - М.: Химия,

1978.-351 с.

32. Евдокимов А.Ю., Фукс И.Г. Использование отработанных смазочных материалов в капиталистических странах.. - М.: ЦНИИТЭИМС, 1989. - 51 с.

33. Евдокимов А.Ю., Фукс И.Г., Загородный Н.Г. Экологические аспекты использования отработанных смазочных материалов // ХТТМ. 1990. -№11. - С 3.

34. Евдокимов А.Ю., Лашхи В.Л., Джамалов A.A. Отработанные смазочные материалы и вопросы экологии // ХТТМ. -1982. -№11. -С 26-30.

35. Ерохин Н.Г., Ильин Б.В., Пономарева М.А. Использование ультразвука для улучшения качества масла в тракторных двигателях. // Реферативная информация. Киев. Изд. Вица-школа, 1972.

36. Ершов Б.А. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса в органической химии. - С-Пб.: Изд-во С-Пб Университета, 1995. - 263 с.

37. Зимон А.Д. Что такое адгезия. - М.: Наука, 1983. - 176 с.

38. Злотников Л.Е. Нефтеперерабатывающая промышленность России сегодня и завтра. // ХТТМ. - 1997. - №1.

39. Ингольд К. Теоретические основы органической химии. -М.: Мир, 1973.- 1055 с.

40. Испытания с/х техники, оценка эксплуатационных свойств топлива и смазочных материалов: ОСТ 10.2.25-87. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 4с.

41. Исследование возможности создания эффективных ультразвуковых резонаторов различной производительности для обработки тяжелых топлив на судах минречфлота: Отчет о НИР / ЛИВТ - Тема 83-739. - Ленинград., -1986.-38 с.

42. Итинская Н.И., Кузнецов H.A. Топливо, масла и технические жидкости. - М.: Агропромиздат, 1989. - 304 с.

43. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, Ж- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. - М.: Высшая школа. 1971. - 152 с.

44. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - 782 с.

45. Керн Ф., Сандберг Р. Углубленный курс органической химии. - М.: Химия, Т.1. 1981.-520с.

46. Керюгян С.К. Оценка износа двигателей внутреннего сгорания методом спектрального анализа. - М.: Машиностроение, 1966. - 152 с.

47. Климов К.И., Кичкин Г.И. Трансмиссионные масла. - М.: Химия, 1970. -232 с.

48. Коваленко В.П., Чуртуков Е.С., Турчанинов B.C. Современные способы и средства регенерации отработанных масел. - М.: ЦНИИТИнефтехим, 1987. - 74 с.

49. Коваленко В.П. Загрязнение и очистка нефтяных масел. - М.. Химия, 1978.-304 с.

50. Коваленко В.П., Карпекина Т.П. Экономия масел и смазок при эксплуатации машин. - М.: ВО Агропромиздат, 1988. - 55 с.

51. Коваленко В.П., Турчанинов В.Е. Средства очистки нефтепродуктов от механических загрязнений. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984. -63 с.

52. Колотухин H.H., Кузнецов В.Г., Казарновский С.Н., Цареградский В.А. Технология смазочных и защитных материалов. - М.: Гос. трансп. жел,-дор. изд-во, 1952 - с. 16-17.

53. Костецкий Б.И. Трение, смазка, износ в машинах. - Киев.: Техника, 1970.-56 с.

54. Кряжкова Г.И. Исследование влияния смазочных масел на процесс приработки деталей цилиндро-поршневой группы тракторных дизельных двигателей: Автореф. дис. ... канд. техн. Наук. - Ленинград., 1974. - 24 с.

55. Лашхи B.JI., Чосебидзе Д.С., Анакидзе Т.М. Оценка Эффективности смазочного действия // ХТТМ. - 1997. - N5. -С. 4-5.

56. Ларсен Р.Г., Перри Д.Л., // Прикладная механика и машиностроение.

- 1952. -№L- С 72.

57. Леви Г., Нельсон Г., Руководство по ядерному магнитному резонансу углерода 13С для химиков-органиков. - М.: Мир, 1975. - 296 с.

58. Лосиков Б.В., Пучков Н.Г. Энглин Б.А. Основы применения нефтепродуктов. - М.: Гостоптехиздат, 1955. - 54 с.

59. Лышко Г.П., Жосан А.А. Исследования влияния ультразвуковой обработки дизельного масла с присадкой на изменение его качества при эксплуатации тракторов // Труды Кишиневского СХИ - 1967. - т. 53, - Сб. 1.

60. Лифшиц А.Т. Применение ультразвука для получения эмульсий. // Текстильная промышленность, - 1960. - №1.

61. Матвиевский P.M. Температурная стойкость граничных смазочных слоев и твердых смазочных покрытий при трении металлов и сплавов. -М.: Машиностроение, 1971. - 87 с.

62. Машков Ю.К. Трибология конструкционных материалов. -М.: 1995.

63. Мероньо-Пелисер Л.Б., Давыдов Б.Н., Бухтер А.И. Экономическое стимулирование работ по регенерации отработанных смазочных материалов // ХТТМ. - 1985. - №7 - С. 30.

64. Мисникевич А.Д. Регенерация отработанных масел в СССР и за рубежом. - М.: НИИТэхим, 1987. - 54 с.

65. Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. - М.: Мир, 1974, - 1132с.

66. Нигородов В.В. Основные направления снижения расхода смазывающих масел на предприятиях системы АПК. /Техн. Обсл. И ремонт МТП и оборудования: Доклад/ Госагропром СССР. АгроНИИТЭИИТО 1988.

- С. 87.

67. Никулин С. А. Обеспечение надежности отремонтированных агрегатов рациональным комплектованием деталей (на примере трансмиссии

трактора «Кировец»: Автореф. дис. ... канд. техн. Наук. - Ленинград., 1991. -

17 с.

68. Нисневич А.И. Применение радиоактивных изотопов для изучения долговечности деталей машин. - М.: Госполитиздат, 1962. - 64 с.

69. Нефедов Б.Б. Применение радиоактивных изотопов для исследования износов деталей двигателя и оценки качества дизельного масла: В сб. "Методы, приборы и оборудование, применяемые при исследовании и испытании с.х. техники". - М, Изд. МСХ СССР, 1961. - 51 с.

70. Основы трибологии (трение, износ, смазка) / Э.Д.Браун, Н.А.Буше, И.Я.Буяновский и др. /Под ред. А.В.Чичинадзе: Учебник для технических вузов - М., 1995. - 65 с.

71. Оборудование участка сбора и очистки масел. - Тамбов.: 1996. - 8 с.

72. Папок К.К., Семенидо Е.Г. Моторные топлива, масла и жидкости. Т. 2. Масла, консистентные смазки и жидкости. - М.: Гостоптехиздат, 1953. -346 с.

73. Папок К.К., Рагозин H.A. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям. - М.: Химия, 1975, - 392 с.

74. Полоцкий И.Г. Химическое действие кавитации // Общая химия.

- 1947.-№17.-С 1048.

75. Регенерация отработанных масел и их повторное использование. Обзорная информация. / Сост. Рыбаков К.В., Коваленко В.П., Нигородов В.В.

- М.: Госагропром СССР. АгроНИИТЭИИТО, 1989. - 26 с.

76. Ржевкин С.Н., Островский Е.П. Получение эмульсий при помощи ультразвука // Ж. физ. хим., - 1935. - №1. - С. 73.

77. Руденко А.И., Чувыгин A.B. Исследование влияния ультразвука на эксплуатационные свойства отработавшего дизельного масла // Труды ГОСНИТИ. - 1972. т. 34.

78. Сбор и очистка отработанных масел: Обзор. Информ. / Госагропром СССР. АгроНИИТЭИИТО, Рыбаков К.В., Коваленко В.П., Нигородов В.В. -

М.: 1988.-30 с.

79. Семенидо Е.Г., Кроль Б.Б., // Труды ЦИАТИМ. вып. 1, Гостоптехиздат. - 1941. - С. 262.

80. Сильверстейн Р., Баеслер Г., Моррис Т. Спектрометрическая идентификация органических соединений. - М.: Мир, 1977. - 590 с.

81. Скрапенянц Р.А., Нефедов Б.Б. Использование метода нейтронного активационного анализа для исследования нагароотложений и определения износа деталей тракорного двигателя // Труды Ташкентской конференции по мирному использованию атомной энергии. Том 2. Ташкент, изд. АН Уз.ССР., 1960.

82. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин/ В.Д.Зозуля, Е.Л.Шведков, Д.Я.Ровинский, Э.Д.Браун; Отв.ред. И.М. Федорченко. АН УССР. Ин-т проблем материаловедения,- 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наук.думка, 1990. - С.71-72.

83. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник/ P.M. Матвиевский, В.Л. Лашхи, И.А. Буяновский и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 224с.

84. СмитА. Прикладная ИК - спектроскопия. - М.: Мир, 1982. - 328 с.

85. Справочник по триботехнике т.1. Теоретические основы. - М.: Машиностроение, 1989. -400 с.

86. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. - М.: Высшая школа, 1988.-272 с.

87. Теоретические основы химмотологии. - М.: Химия, 1985. - 320 с.

88. Топливо, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочное издание. - М.: Химия, 1989. - 432 с.

89. Фукс Г.И. Коллоидная химия нефти и нефтепродуктов. - М.: Знание, 1984.-63 с.

90. Фукс Г.И., Лосиков Б.В., Пучков Н.Г., Энглин Б.А. Основы применения нефтепродуктов. -М: 1959. - 352 с.

91. Фукс И.Г., Евдокимов А.Ю., Лашхи В.Л., Сайдахмедов Ш.М. Экологические проблемы рационального использования смазочных материалов. - М.: Изд. Нефть и газ, 1993. - 164 с.

92. Чувыгин A.B. Лабораторная установка для обработки картерного масла ультразвуком // Труды ГОСНИТИ. - 1972. т. 34.

93. Черножуков Н.И., Крейн С.Э. Окисляемость минеральных масел. -М.: Гостоптехиздат, 1955. - 372 с.

94. Шашкин П.И., Брай И.В. Регенерация отработанных нефтяных масел. -М.: Химия, 1970. -304 с.

95. Школьников В.М. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. - М.: Химия, 1989. - 432 с.

96. Эксплуатационные свойства смазочных масел / Зуидема Г.Г.; Под ред. Б.В. Лосикова. Пер. с англ. - М.: Гостоптехиздат, 1957.-С. 12-16.

97. Эльпинер И.Е. Ультразвук. Физико-химическое и биологическое действие. - М: Госуд. изд. физико-математической литературы, 1963.

98. Avitrur,B.; and Kohser,R.A.; Disk and Strip Forging for the Determination of Friction and Flow Strenght Values. ASLE Trans., Vol.21,no2, Apr. 1978, pp. 143-151.

99. Bondy C., Sollner R. On the mechanism of emulsification by ultrasonis waves, Trans. Farad. Soc.,31.835, 1935.

100. Schmid G., Paret P., Pfleiderer H. Die mechanische natur desabbaus von makromolekulen mit Ultraschall, kolloid, Zs, 124, 150,1950.

101. Demann W., Asbach H.R. Chemische Wirkung des Ultraschalls, Techn. Mitt. Krupp, 1, 12, 1940.

102. Furbach E. Beeinflussung des flammpunktes von mineralolen durch ultraschallweellen, Akust., Zs., 5, 212, 1940.

103. Sadakiyo G., Siraisi F. Ermicdrigung des entflammungspunktes won mineralos durch ultraschallwellen, Res. Elektrotechn. Lab. Tokyo, 430, 10 1939.