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

Отправьте статью сегодня! Несмотря на коронавирус, электронный вариант журнала выйдет 18 апреля.

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, электронный // Молодой ученый. — 2019. — № 49 (287). — С. 202-206. — URL: https://moluch.ru/archive/287/64969/ (дата обращения: 08.04.2020).



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, кинематическая вязкость масла, интервал температур, увеличение температуры.


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