Масла для автомобиля. Триботехника

 В некоторых  случаях антикоррозионные добавки  на основе фосфора заметно  снижают этот износ, однако, с  другой стороны, их наличие  сопровождается уменьшением растворимости  хладагента в смазке, что является  недостатком. Так происходит, например, при смеси хладагента R134a с синтетическими маслами семейства полиалкиленгликолей (PAG). 

Вязкость 

 Вязкость  может определяться как свойство  жидкости создавать сопротивление  силам деформации ее элементарных  объемов, в общем случае при  любом относительном движении этих объемов внутри жидкости. Вязкость является реологической характеристикой. В стандарте NF T60–141 в качестве основы для классификации масел принята международная система классификации, приведенная в стандарте ISO 3448, согласно которой масла различают в зависимости от их средней вязкости, измеренной при температуре 40°С. Классы вязкости располагаются в определенной последовательности от VG 2 до VG 1500, причем вязкость холодильных масел, как правило, соответствует классам от VG 15 до VG 100.

 Следовательно,  холодильное масло поступает  в продажу с указанием средней  вязкости при 40°С, что обозначается  соответствующим классом вязкости. Однако этот класс вязкости  соответствует чистому маслу  при вполне определенных температуре  (40°С) и давлении (атмосферное давление). Вместе с тем для масла, заправленного в холодильный компрессор, температура и давление будут очень сильно отличаться от приведенных значений, например за очень короткое время температура может возрасти до 200°С, а давление до 10 бар, не считая того, что в масле будет растворяться часть хладагента. С другой стороны, на растворимость хладагента в масле влияют многие факторы, в частности природа хладагента (например, R22 растворяется хуже, чем R12, но лучше, чем R502), природа масла (синтетическое масло, как правило, растворяет лучше, чем минеральное), температура (при понижении температуры растворимость хладагента в масле возрастает) и, наконец, давление (чем ниже давление, тем меньше хладагента растворяется в масле). 

 Следовательно, вязкость смеси масло/хладагент непрерывно меняется в зависимости от значения всех перечисленных выше параметров в данный момент. Вместе с тем вязкость смеси должна оставаться достаточно высокой, чтобы обеспечить наличие непрерывной и достаточно толстой смазывающей пленки на трущихся поверхностях. Кроме того, высокая вязкость повышает герметичность между сжимающей деталью компрессора (поршнем или винтом) и корпусом камеры сжатия таким образом, чтобы поддерживать как можно более высокое значение объемного КПД.

 Вязкость  синтетических масел менее чувствительна  к изменению температуры. 

Химическая  стабильность 

 Химическая  стабильность холодильного масла  во времени является залогом  нормальной работы компрессора.  Она зависит от двух основных  факторов: температуры и природы используемого хладагента.

 Говоря о  термической стабильности, следует  иметь в виду, что температура  среды в зоне нагнетательных  клапанов компрессора может достигать  175°С. Хотя в течение одного  цикла время нахождения среды  при такой температуре очень незначительно, однако в общей сложности за весь срок эксплуатации оно может достигать многосуточных значений. Поэтому проверка термической стабильности масел, называемая тестом Elsey, производится в течение 168 часов, т. е. времени, соответствующего полному сроку службы масла при нормальных условиях работы.

Стойкость масла  при воздействии на него хладагента также является очень важным показателем, так как в случае химической реакции  масла с хладагентами могут образовываться нежелательные соединения, оказывающие вредное воздействие на нормальную работу установки, в чем мы сможем убедиться ниже. Поэтому стойкость масла проверяется экспериментально путем его выдержки в течение 96 часов при температуре +250° в атмосфере паров хладагента с избытком воздуха при давлении, соответствующем температуре хладагента +40°С.

Среди соединений, которые могут образовываться вследствие химических реакций между маслом и хладагентом, назовем прежде всего  такие продукты полимеризации, как  отработанная смазка (шлам), вызывающая закупорю. масляных канавок компрессора, и палитура, откладывающаяся на металлических поверхностях, в частности на тарелях клапанов, которые в результате могут залипать и не открывался так, как нужно.

 При понижении  температуры смесь масла и хладагента может образовывать воскообразные частицы, вследствие чего возможны разного рода аномалии, начиная от заедания подвижных частей регуляторов и заканчивая полной закупоркой трубопровода.

Еще одной причиной химической нестабильности масла может  оказаться присутствие в контуре остатков кислорода, обусловленное недостаточным уровнем вакуумирования контура перед заправкой. В результате окисления масло меняет цвет от бледно-желтого до коричневого или даже черного. Сопротивляемость масла окислению измеряют, нагрев его до температуры 115°С и выдерживая при этой температуре в закрытом сосуде с погруженной в масло медной спиралью. Цвет масла и измерение коэффициента электрической мощности указывают на стойкость масла к окислению.

Способность к  поглощению влаги (гигроскопичность)

Содержание влаги  в масле выражается в мг/ кг (или  ррт). Если иметь в виду те предосторожности, которые предпринимаются для  снижения следов влаги перед заправкой  холодильной установки, то становится ясно, что используемое масло должно содержать как можно меньше влаги, чтобы при соединении масла с хладагентом с учетом остаточного содержания влаги после вакуумирования контура полное содержание воды в установке оставалось ниже допустимых пределов.

 Определение  содержания влаги в холодильных маслах обычно производится по методу Карла Фишера, однако существуют и другие, более общие методы, например азеотропное связывание диметилбензолом. 

Содержание  золы 

 Содержание  золы в масле соответствует  сумме массы шлаков, остающихся  после полного сжигания масла. Минеральное масло, будучи чистым органическим веществом, обыкновенно сгорает без остатка, поэтому количество золы, образующееся при его сжигании, позволяет измерять количество содержащихся в масле примесей.

 Практически  воспламененная и медленно сжигаемая пробная порция масла дает углерод-содержащие шлаки, которые прокаливаются в печи при 775°С до полного сгорания углерода. 

Температура вспышки 

 Температура  вспышки определяется как минимальное  значение температуры, которую  необходимо сообщить маслу, чтобы выделяющиеся масляные пары самопроизвольно вспыхнули в присутствии открытого пламени. Подъем температуры масла производится в нормальных условиях, т. е. в открытом тигле при давлении 1013 мбар. Точка вспышки холодильного масла представляет собой показатель, позволяющий оценивать густоту масла и его склонность к выбросу из компрессора. Заметим, что если после достижения температуры вспышки продолжать нагрев масла в открытом тигле, то время горения паров будет все увеличиваться, пока, наконец, не достигнет 5 с. Температура, при достижении которой пламя на поверхности масла держится не менее 5 с. после воспламенения, называется темвературой зажигания. Разница между температурой вспышки и температурой зажигания в общем случае может меняться от 5 до 60 К в зависимости от вязкости. 

Точка текучести 

 Точка текучести  определяется как минимальная  температура, при которой масло  сохраняет текучесть при охлаждении  в нормальных условиях в U-образной  трубке. Точка текучести измеряется  в °С для скорости подъема масла в U-образной трубке, равной 10 мм/мин. 

Показатель  омыления (число омыления) 

 Числом омыления  называют количество гидроокиси  калия КОН в миллиграммах, прореагировавшее  с одним граммом вещества. Образец  вещества растворяют в метилэтилацетоне  и нагревают, размешивая в течение 30 минут в присутствии избытка гидроокиси калия, растворенной в спирте. После этого остаток непрореагировавшей гидроокиси калия титруют соляной кислотой. Число омыления позволяет определять содержание в масле легко омыляющихся элементов. Любое увеличение числа омыления в процессе эксплуатации свидетельствует об изменении состава масла. 

Показатель  кислотности (кислотное  число) 

 Показателем  кислотности или просто кислотным  числом называют количество щелочи  в миллиграммах (как правило, гидроокиси калия КОН), необходимое для нейтрализации кислот, содержащихся в одном грамме масла.

 Это число  зависит от общего количества  кислотных продуктов, содержащихся  в масле, и выражается кислотным  числом TAN (Total Acid Number). Оно меняется  в зависимости от типа масла и срока его эксплуатации. Высокое значение кислотного числа указывает в общему случае на перегрев или окисление масла. Присутствие кислот в масле может также указывать на разложение хладагента. Когда в контуре холодильной установки появляются кислоты то прежде всего они воздействуют на медные детали, т.е в первую очередь на обмотку электродвигателей герметичных и полугерметичных компрессоров. Частицы меди при этом могут перемещаться с одних деталей на другие и в яркие концов оседать на некоторых металлических поверхностях, например подшипниках, которые в результате быстро выходят из строя. Это явление называют «омеднением», и легко понять важность периодических проверок кислотности масел в целях предотвращения воздействия кислот на обмотку в самом начале процесса. 

Явление пенообразования 

 При длительной  остановке компрессора масло,  содержащееся в его картере,  насыщается хладагентом, и во  время очередного запуска компрессора  резкое падение давления в  картере и рост температуры  приводят к выделению хладагента из масла, сопровождающемуся более или менее значительным вспениванием последнего.

Образование пены порождает две проблемы. Во-первых, пена разрушает масляную пленку в  подшипниках, препятствуя их качественной смазке. Во-вторых, происходит интенсивный выброс масла из картера в холодильный контур, что, в свою очередь, вызывает в числе прочего ухудшение теплообмена в местах, где есть опасность его оседания (например, в испарителе). Кроме того, если масла в картере становится меньше, чем необходимо, это ухудшает условия смазки компрессора, что создает опасность его преждевременного износа.

 Определение  способности масла к пенообразованию  осуществляется различными способами:  барботажным, в процессе которого  данный хладагент прокачивается  через слой масла определенной толщины, или прямым испытанием компрессора на вспенивание масла в его картере с наблюдением за уровнем масла путем заглядывания в картер. 

Смешиваемость и растворимость  масел и хладагентов 

 Вначале уточним,  что в данном случае смешиваемость означает образование однородной среды из масла и жидкого хладагента, а под растворимостью понимается насыщение масла хладагентом в паровой фазе.

 Смешиваемость  зависит от природы хладагента, типа масла и его температуры  и вязкости, а растворимость, кроме перечисленных факторов, еще и от давления (закон Генри). Знание степени смешиваемости масла с хладагентом очень важно, поскольку от нее зависит, хорошо или плохо масло будет возвращаться в компрессор и, исходя из этого, достаточной или несовершенной будет его смазка.

 С некоторыми  хладагентами масло смешивается  полностью, например с RH, R12, R21, R113, R500. При этом смесь представляет  собой однородную среду, которая  полностью возвращается в компрессор, обеспечивая его нормальную смазку.

 С другими хладагентами масло смешивается только частично (R22, R13B1, RH4, R152a, R501, R502), при этом смешиваемость зависит от типа хладагента и температуры. 

4. ПРИСАДКИ К СМАЗОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ 

ПРИСАДКИ К  СМАЗОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ , синтетич. (в  основном) или прир. соединения, добавляемые к смазочным материалам для улучшения или сохранения на длительный срок их эксплуатац. св-в. Смазочные материалы содержат, как правило, от 2 до 7-8 разл. присадок (П.).

 Эффективность  действия П. обусловливается их  хим. св-вами и концентрацией в смазочных материалах, а также приемистостью последних к добавкам (одинаковые П. более активны для одних базовых материалов, чем для других). П. должны хорошо растворяться в смазочных материалах, обладать малой летучестью и не испаряться из них при хранении и эксплуатации в широком диапазоне т-р; не вымываться водой и не подвергаться гидролизу; не взаимод. с конструкц. материалами, контактирующими со смазочными (за исключением случаев, когда такие р-ции лежат в основе механизма действия самих добавок); сохранять свои ф-ции в присут. иных добавок и не оказывать на них депрессивного действия. По главному назначению (определяющему св-ву) П. условно объединяют в неск. групп, основные из к-рых рассмотрены ниже.