Исследование влияния температуры на вязкостные характеристики смазочных материалов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 10 октября, печатный экземпляр отправим 14 октября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Ровенских, А. С. Исследование влияния температуры на вязкостные характеристики смазочных материалов / А. С. Ровенских, Е. Г. Шубенкова, В. А. Игуминова, А. Е. Карючина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 49 (287). — С. 202-206. — URL: https://moluch.ru/archive/287/64969/ (дата обращения: 27.09.2020).



В статье рассмотрены физические свойства смазочных масел, оказывающие влияние на эксплуатационные характеристики двигателей. При помощи методов взвешивания при нагревании и капиллярной вискозиметрии установлены зависимости плотности и вязкости авиационных масел марок МС-20 и МС-8П от температуры, вычислены коэффициенты объемного расширения данных масел, составляющие соответственно 0,0018 1/град и 0,0010 1/град, а также индексы вязкости, равные 4,05 и 1,12. Данные результаты позволяют сделать вывод, что авиационное масло МС-8П обладает лучшими вязкостно-температурными характеристиками.

Ключевые слова: смазочные масла, кинематическая вязкость, индекс вязкости объемное расширение, плотность, температура.

I. Введение

Одними из важнейших продуктов химической и нефтеперерабатывающей промышленности являются смазочные масла, играющие весомую роль в эксплуатации современной техники. Предотвращая износ трущихся поверхностей и выполняя функцию электроизоляционной и теплоотводящей среды, они существенно увеличивают срок работы широкого спектра механизмов, в том числе и различных двигателей. Такая область применения данных материалов обусловлена их специфическими характеристиками.

Вязкость — это одна из наиболее важных характеристик масел, которая характеризует внутреннее трение, определяет текучесть и способность обеспечить жидкостной режим смазывания [1]. Для оценки текучести, то есть меры сопротивления течению под действием силы тяжести масел, используют кинематическую вязкость, равную отношению динамической вязкости жидкости к ее плотности при той же температуре.

При выборе масла необходимо учитывать, что его вязкость изменяется в зависимости от температуры: с понижением температуры вязкость увеличивается, а с повышением — уменьшается, причем интенсивность изменения широко различается [2]. Для оценки скорости изменения вязкости от температуры было предложено несколько показателей. Наиболее широко используемый — это отношение величин вязкости при двух температурах: при +500С и +1000С. Чем меньше отношение кинематической вязкости масла при 500С к кинематической вязкости при 1000С, тем более пологой является вязкостно-температурная характеристика, и тем лучше эксплуатационные свойства масла. В ряде стандартов вместо данного отношения указывается минимально допустимый для данной марки масла индекс вязкости. Оценка по индексу вязкости основана на сравнении вязкостно-температурных свойств испытуемого масла с вязкостно-температурными свойствами двух групп эталонных масел.

Эталонные масла одной группы имеют очень пологую вязкостно-температурную кривую. Их индекс вязкости условно принят за 100. Масла другой группы обладают крутой вязкостно-температурной кривой и их индекс вязкости принят равным 0. Вязкостно-температурная кривая испытуемого масла обычно располагается между кривыми эталонных масел: чем кривая вязкости испытуемого масла более полога, тем больше его индекс вязкости. Для определения индекса вязкости масло сравнивается при двух температурах с эталонными маслами.

Смазочные масла, как и любые другие капельные жидкости, обладают таким свойством, как тепловое расширение [3]. Данное свойство масел необходимо учитывать при их хранении и эксплуатации, так как увеличение объема масла при нагревании может создавать избыточное давление внутри резервуара либо двигателя, что приводит к их деформации и последующему разрыву, а с уменьшением объема масла происходит уменьшение давления над его поверхностью и, следовательно, быстрое истирание деталей двигателя.

Вышеуказанные свойства смазочных масел напрямую зависят от их плотности — физической величины, которая описывается отношением массы жидкости к объему, который эта жидкость занимает. Для смазочных масел наблюдается следующая зависимость: чем больше изменяется плотность масла при уменьшении или увеличении температуры, тем сильнее меняется его вязкость и увеличивается коэффициент теплового расширения, что негативно отражается на эксплуатационных характеристиках данного смазочного материала и, соответственно, двигателя. Следовательно, одним из главных свойств качественных масел является способность сохранять относительное постоянство плотности в рабочем интервале температур.

Особенно важно учитывать данное свойство при выборе смазочных материалов для двигателей, работающих в условиях высоких температур, давлений и нагрузок. Одними из наиболее широко используемых в современной авиации и при эксплуатации газотурбинных, турбовинтовых и газоперекачивающих агрегатов являются следующие марки масел и смеси на их основе:

− Масло МС-8П (ОСТ 38 101163–78)

− Масло МС-20 (ГОСТ 21743–76)

II. Постановка задачи

Целью настоящей работы является исследование зависимости плотности и вязкости смазочных масел от температуры. Задачи исследования:

− Изучение теоретического материала по теме исследования;

− Исследование зависимости плотности масел марок МС-8П и МС-20 в интервале температур от -10 до 150°С;

− Исследование зависимости кинематической вязкости от температуры;

− Расчет вязкостно-температурных параметров масел марок МС-8П и МС-20;

− Анализ полученных данных и формулирование выводов.

III. Теория

Работа выполнена в период июнь-август 2019 года в Омском государственном техническом университете. Объект исследования –масла марок МС-8П и МС-20.

Для достижения цели исследования были использованы весовой метод определения плотности и метод капиллярной вискозиметрии [4].

Расчет плотности производили по формуле 1:

(1)

Полученные зависимости плотности масел от температуры приведены на графиках (см. рис.1, 2)

Рис. 1. График зависимости плотности авиационного масла марки МС-20 от температуры

Рис. 2. График зависимости плотности авиационного масла марки МС-8П от температуры

Коэффициент объемного расширения рассчитали по формуле 2:

, (2)

где:

— коэффициент объемного расширения смазочного масла при температуре t (℃), причем:

где:

αt — коэффициент объёмного расширения смазочного масла, (1/град);

ρ0 — плотность смазочного масла при температуре 20℃, кг/м3;

ρt — плотность смазочного масла при температуре t, кг/м3.

Таблица 1

Коэффициенты объемного расширения авиационных масел марок МС-20 иМС-8П

Масло

αср, 1/град

МС-20

0,0018

МС-8П

0,0010

Для определения кинематической вязкости использовали вискозиметр ВЗ-246 с диаметром отверстия 4 мм.

Кинематическая вязкость испытуемой жидкости прямо пропорциональна времени истечения через капилляр вискозиметра и определяется по формуле 4:

, (4)

где:

с — постоянная вискозиметра (мм22);

τ — среднее время истечения (с).

Полученные значения кинематической вязкости масел МС-8П и МС-20 представлены в таблице 2.

Таблица 2

Кинематическая вязкость масел марок МС-8П иМС-20 при различных температурах

Масло

Кинематическая вязкость, мм2

0℃

10℃

20℃

30℃

40℃

50℃

60℃

70℃

80℃

90℃

100℃

МС-8П

22,35

19,56

16,76

13,97

13,03

12,57

12,11

11,18

11,18

11,18

11,18

МС-20

1003,07

717,14

381,86

207,69

125,73

71,71

47,50

31,67

24,21

17,70

17,70

Индекс вязкости масел рассчитывали по формуле 5:

(5)

IV. Результаты экспериментов

Рис. 6. График зависимости кинематической вязкости масла МС-8П от температуры.

Рис. 7. График зависимости кинематической вязкости масла МС-20 от температуры

Таблица 3

Индексы вязкости авиационных масел МС-20 иМС-8П

Масло

Индекс вязкости

МС-20

4,05

МС-8П

1,12

V. Выводы и заключение

В результате проведенных исследований были сделаны следующие выводы:

  1. Определили зависимость плотности от температуры для смазочных масел МС-20 и МС-8П в интервале температур от -10℃ до 150℃.
  2. Установили, что плотность исследованных масел с увеличением температуры уменьшается нелинейно. В интервале температур от 100 до 130℃ для образца МС-20 плотность практически не изменяется.
  3. Рассчитали коэффициент объемного расширения, для масел МС-20 и МС-8П он составил 0,0018 и 0,0010 1/град соответственно.
  4. Определили значения кинематической вязкости смазочных масел МС-8П и МС-20 при различных температурах.
  5. Установили, что вязкость исследуемых масел уменьшается с увеличением температуры.
  6. Рассчитали индексы вязкости смазочных масел МС-8П и МС-20, равные соответственно 1,12 и 4,05.
  7. Полученные результаты рекомендуется учитывать при эксплуатации технического оборудования и проектировании резервуаров хранения нефтепродуктов.

Литература:

  1. Журавлев А. А., Савин Н. П., Филатова Н. О. Исследование зависимости вязкости моторного масла от температуры // Научно-методический электронный журнал «Концепт». 2016. Т. 12. С. 82–86.
  2. Коняев Е. А., Немчиков М. Л. Химмотология авиационных масел и гидравлических жидкостей / М.: Изд-во МГТУ ГА, 2008. — 81 с.
  3. Барекян А. Ш. Основы гидравлики и гидропневмоприводов: Учебное пособие. 1-е изд. Тверь: 2006. — 84с.
  4. Чуркин В. А. Смазочные материалы: рекомендации к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 15.03.01 — “Машиностроение” (МШС) / Екб.: Изд-во УрГУ, 2015. — 14 с.
  5. Нуруллаева З. В., Бакиева Ш. К., Суяров М. Т. Эксплуатационные свойства смазочных масел и улучшение их присадками // Молодой ученый. 2016. № 8. С. 274–276.
Основные термины (генерируются автоматически): индекс вязкости, масло, кинематическая вязкость, температура, объемное расширение, смазочное масло, зависимость плотности, интервал температур, кинематическая вязкость масла, увеличение температуры.


Ключевые слова

плотность, кинематическая вязкость, температура, смазочные масла, индекс вязкости объемное расширение

Похожие статьи

Анализ параметров моторного масла и технических устройств...

Ключевые слова: моторное масло, параметры состояния моторного масла, кинематическая вязкость, диэлектрическая проницаемость, симплекс подобия, корреляционная связь, экспресс-контроль, термоокислительная способность, показатель качества, оптическая плотность...

Основные химмотологические требования к смазочным...

С повышением температуры кипения масел их вязкость возрастает. Остаточные масла более вязкие, чем дистиллятные.

Индекс вязкости, наряду с температурой застывания, определяет интервал температур, в котором работоспособно масло.

Исследование моторных масел и их влияние на работу...

В статье описаны исследования образцов моторного масла, на предмет соответствия требованиям ГОСТ. Были проведены эксперименты моторного масла, в основном, на определение кинематической вязкости.

Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики...

Изменение вязкости оказывает значительно большее влияние на характеристику насоса, чем плотности [1]. Изменение вязкости в основном влияет на дисковые потери и гидравлические сопротивления потоку жидкости в каналах насоса.

Экспериментальные исследования температурных зависимостей...

С целью определения зависимости вязкости от температуры были проведены

Для исследования зависимости вязкости от содержания воды, изготавливали образцы

На первом участке (35–48 °С) при увеличении температуры вязкость постепенно понижается.

Выбор и расчет расхода смазочных материалов для подшипников...

В данной статье представлена работа выбора и расчет расхода смазочных материалов для подшипников скольжения. Ключевые слова: смазочные материалы, динамическая вязкость, условная вязкость, подшипники скольжения, потребность в масле.

Зависимость структурно-механических характеристик парафинов...

Разность между температурами плавления и температурой кристаллизации для смеси парафинов значительно больше, чем для отдельных компонентов.

Переход из твердого состояния в расплав происходит на узком интервале температур, при низкой вязкости.

Анализ процессов получения базовых масел | Статья в журнале...

Немаловажную роль играет индекс вязкости базовых масел. По существующей классификации американского института нефти АРI различат пять групп базовых масел. Основными критериями этой классификации является индекс вязкости и серосодержание. В нашей стране до сих пор...

Граф-модель взаимосвязи функциональных элементов масляной...

моторное масло, параметры состояния моторного масла, кинематическая вязкость, диэлектрическая проницаемость, симплекс подобия

Рис. 3. График зависимость вязкости от температуры моторного масла. Анализ параметров моторного масла и технических устройств...

Температурные зависимости структурных параметров ЭЖК слоев...

Выводы. Повышение температуры прослойки н-гептадекана приводит к снижению коэффициента относительной вязкости &#; отн его микронных прослоек. При увеличении температуры прослойки начальная толщина ЭЖК слоя н-гептадекана уменьшается.

Похожие статьи

Анализ параметров моторного масла и технических устройств...

Ключевые слова: моторное масло, параметры состояния моторного масла, кинематическая вязкость, диэлектрическая проницаемость, симплекс подобия, корреляционная связь, экспресс-контроль, термоокислительная способность, показатель качества, оптическая плотность...

Основные химмотологические требования к смазочным...

С повышением температуры кипения масел их вязкость возрастает. Остаточные масла более вязкие, чем дистиллятные.

Индекс вязкости, наряду с температурой застывания, определяет интервал температур, в котором работоспособно масло.

Исследование моторных масел и их влияние на работу...

В статье описаны исследования образцов моторного масла, на предмет соответствия требованиям ГОСТ. Были проведены эксперименты моторного масла, в основном, на определение кинематической вязкости.

Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики...

Изменение вязкости оказывает значительно большее влияние на характеристику насоса, чем плотности [1]. Изменение вязкости в основном влияет на дисковые потери и гидравлические сопротивления потоку жидкости в каналах насоса.

Экспериментальные исследования температурных зависимостей...

С целью определения зависимости вязкости от температуры были проведены

Для исследования зависимости вязкости от содержания воды, изготавливали образцы

На первом участке (35–48 °С) при увеличении температуры вязкость постепенно понижается.

Выбор и расчет расхода смазочных материалов для подшипников...

В данной статье представлена работа выбора и расчет расхода смазочных материалов для подшипников скольжения. Ключевые слова: смазочные материалы, динамическая вязкость, условная вязкость, подшипники скольжения, потребность в масле.

Зависимость структурно-механических характеристик парафинов...

Разность между температурами плавления и температурой кристаллизации для смеси парафинов значительно больше, чем для отдельных компонентов.

Переход из твердого состояния в расплав происходит на узком интервале температур, при низкой вязкости.

Анализ процессов получения базовых масел | Статья в журнале...

Немаловажную роль играет индекс вязкости базовых масел. По существующей классификации американского института нефти АРI различат пять групп базовых масел. Основными критериями этой классификации является индекс вязкости и серосодержание. В нашей стране до сих пор...

Граф-модель взаимосвязи функциональных элементов масляной...

моторное масло, параметры состояния моторного масла, кинематическая вязкость, диэлектрическая проницаемость, симплекс подобия

Рис. 3. График зависимость вязкости от температуры моторного масла. Анализ параметров моторного масла и технических устройств...

Температурные зависимости структурных параметров ЭЖК слоев...

Выводы. Повышение температуры прослойки н-гептадекана приводит к снижению коэффициента относительной вязкости &#; отн его микронных прослоек. При увеличении температуры прослойки начальная толщина ЭЖК слоя н-гептадекана уменьшается.

Задать вопрос