Спосіб випробувань масел за допомогою кавітації

Реферат: Спосіб випробування масел за допомогою кавітації полягає у фізико-хімічному моделюванні процесів, що мають місце при експлуатації реальних систем на різних режимах роботи. Завдяки одночасній комплексній дії кавітаційних ефектів проходить інтенсифікація змін фізико-хімічних характеристик масел, що сприяє значному зменшенню часу їх випробувань. UA 106149 U (12) UA 106149 U UA 106149 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонований спосіб належить до техніки досліджень пально-мастильних матеріалів і може бути використаний при проведенні їх випробувань. Існують лабораторні, стендові та експлуатаційні випробування масел. Здійснення лабораторних випробувань масел технічного призначення проводиться згідно з методичними рекомендаціями, що регламентуються ДСТУ, ГОСТ, ISO, ASTM, СЕС та іншими нормативними документами. В методиці зазначені умови та точність вимірювань, обладнання та порядок проведення випробувань. Тип обладнання, що застосовується при випробуваннях, визначає спосіб випробування, наприклад механічний, оптичний, термічний, реагентний. Застосування лабораторних методів при створенні мастильних матеріалів дозволяє в короткий строк оцінити вплив складу композицій базових масел і присадок на основні фізико-хімічні характеристики розроблювального продукту і на основі накопиченого досвіду прогнозувати їх поведінку в процесі експлуатації. По результатах лабораторних випробувань приймають рішення щодо необхідності проведення подальших випробувань. Стендові випробування масел проводять на установках, які моделюють умови роботи того чи іншого вузла механізму або агрегату. В деяких випадках для отримання більш достовірних результатів випробувань застосовують стенди з вузлами і агрегатами реальних машин і механізмів. Експлуатаційні випробування проводяться безпосередньо на машинах і механізмах. Під час цих випробувань оцінюють не тільки службові властивості масел, але і інші показники, наприклад витрати масла, кількість ремонтів, необхідність у запчастинах і тому подібне. Недоліком способів при лабораторних, стендових та експлуатаційних випробуваннях є значні витрати часу для їх проведення, а отже, відповідно, підвищені енергетичні і матеріальні затрати, що позначаються на собівартості випробувань. Відомий спосіб випробування масла для двигунів (А. св. СССР № 531077, G01N 33/30, 11.02.1977, авт. Мохнаткин Л.А., Ионис М.Г., Носов Н.А. "Способ испытания моторного масла"), в якому вирішується задача по зменшенню витрат часу на випробування масла завдяки подачі підігрітого до 700 °C повітря у двигун внутрішнього згорання та підвищенню робочої температури у системі мащення до 125 °C. Недоліком такого способу є трудомісткість підготовчих робіт по забезпеченню та підтримці високої температури повітря. В основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу зменшення витрат часу на проведення випробувань, яка досягається завдяки застосуванню гідродинамічної кавітації. Спосіб ґрунтується на тому, що прискоренню досліджень масел сприяють ефекти, які супроводжують гідродинамічну кавітацію: - механічний - високі розтягуючі зусилля в маслі і локальні коливання тиску, що виникають безпосередньо при колапсі каверн та коливання тиску у потоці рідини, що генеруються кавітаційною зоною; - звуковий - широкий спектр гідродинамічного звукового та ультразвукового випромінювання, що створюється коливаннями рідини кавітаційного струменя; - тепловий - локальне підвищення температури до значень температури плазми, та загальне підвищення температури потоку рідини в наслідок його дроселювання; - проутворюючий - наявність парів масла в кавітаційних кавернах; - окиснювальний - утворення продуктів окиснення завдяки наявності у кавітаційних кавернах до 40 % молекулярного кисню від загального обсягу газів [1], атомарного кисню, що утворюється в наслідок колапсу каверн; - дисоціативний - наявність позитивно заряджених атомів водню, негативно заряджених атомів кисню та вільних радикалів масла; - аераційний - виділення нерозчиненого повітря в потоці в зоні кавітації; - зольний - згорання масла в наслідок високих температур та насиченості киснем; - змішувальний - змішування різних компонентів у маслі в наслідок високої турбулентності кавітаційної зони. Вище зазначені ефекти також мають місце і при проведенні стендових та експлуатаційних випробувань і в меншій мірі лабораторних. Перевага кавітаційного способу при проведенні випробувань полягає у підвищенні інтенсивності процесів, які впливають на фізико-хімічні властивості масел. Інтенсифікація випробувань досягається завдяки одночасній комплексній дії вище зазначених ефектів. Це дає змогу істотно скоротити час проведення досліджень (фіг. 1). Суть запропонованого способу випробувань масел полягає в наступному. Масло, яке підлягає випробуванню піддають дії гідродинамічної кавітації. Вона спричинює виникнення низки ефектів, що мають місце у реальних системах при експлуатації на різних режимах роботи. Завдяки одночасній комплексній дії ефектів проходить зміна фізико-хімічних характеристик 1 UA 106149 U 5 10 масел. Динаміку їх зміни фіксують в залежності від часу t випробувань або кількості проходжень n певним досліджуваним об'ємом рідини Q через кавітаційну зону, що створюється спеціальним пристроєм - кавітатором. Параметр n обчислюють згідно формули: tQ , n V де Q - об'єм рідини, що пройшов через кавітатор за хвилину (витрати); t - час випробувань; V - загальний об'єм рідини. Значення Q залежить від геометричних параметрів конструкції кавітатора. Як самий простого квітатор може бути використано дросельний елемент. Кількість проходжень рідиною через кавітатор фіксують при певному числі кавітації  :  15 20 25 2(p в их  p кав ) , 2 де p в их - тиск на виході кавітатора; p кав - тиск, при якому виникає кавітація;  - швидкість витоку рідини; p - густина рідини. Формула для визначення числа кавітації  для практичного використання не зовсім є зручною, особливо при оцінюванні високонапорного кавітаційного витоку рідини. Розглянемо інший підхід. При кавітації для дросельного каналу динамічний тиск відносно тиску на вході в кавітатор pв х можна записати у вигляді: 2  pв х  pкав . 2 Тоді число кавітації: p  pкав .   в их pв х  pкав З урахуванням того, що pв их  pкав і pв х  pкав , отримаємо: p   в их  p . pв х Тобто, p являє собою безрозмірний коефіцієнт подібності при моделюванні витоку рідини через дросельні пристрої. Для перепаду тиску на дроселі число кавітації  1 буде мати вигляд: 1  pв х  pв их 35 40 45  pв х  pв их p   p . pв х  pкав pв х  2 Перепад тиску  p та протитиск p зв'язані між собою співвідношенням: p  p  1 . Значення перепаду тиску і протитиску вважають критичними, якщо вони будуть відповідати початку кавітаційної стабілізації витрат рідини і відповідно позначають  pкр і pкр .  30 2 Від числа кавітації - буде залежати інтенсивність кавітації, а отже і час випробувань t (фіг. 1). У запропонованому способі при оцінці кавітації формули для  p і p є зручними у практичному застосуванні, так як необхідно тільки провести вимірювання pв х,pв их і немає потреби у визначенні ,, pкав . Тиск p кав , при якому виникає кавітація, може змінювати своє значення від табличного на порядок і вище в залежності від насиченості робочої рідини розчиненим повітрям та з підвищенням її робочої температури [1]. Шляхом порівняння та аналізу отриманих фізико-хімічних характеристик масел кавітаційним способом при необхідності можна представити результати у відповідності мотогодинам, кілометрам пробігу, льотним годинам та іншим параметрам випробувань. На основі отриманих даних при випробуванні одного типу масла кавітаційний спосіб дає змогу проводити моделювання щодо результатів дослідження з іншим маслами як по окремим 2 UA 106149 U 5 фізико-хімічним параметрам, наприклад, в'язкості, кислотному числу, так і по комплексу параметрів. Кавітаційний спосіб випробування масел може бути реалізований за допомогою гідравлічного стенду, в який в якості робочої рідини заливають масло, що випробують. Головними компонентами стенду є джерело тиску та кавітатор. Порядок випробувань такий: на вході в кавітатор встановлюють постійний вхідний тиск pв х  const , а вихідний тиск p в их змінюють в сторону збільшення до тих пір, поки розпочнеться кавітація. При цьому зафіксоване вихідне значення тиску вважаємо критичним pв их. кр , якщо воно буде відповідати початку кавітаційної стабілізації витрат рідини. По pв их. кр визначають  p кр і p кр : 10 15 20 25 30 35 40 p кр  p в их. кр ; pв х p кр  1  p кр . Подальшою зміною вихідного тиску при кавітаційній стабілізації витрат рідини встановлюють перепад тиску, що відповідає необхідному заданому значенню числа кавітації   p . Випробування проводять при постійній температурі робочої рідини та кавітаційно стабілізованих її витратах. Вимірювання витрат Q проводять по стандартній методиці. Режим кавітації, при якому стабілізуються витрати, визначають по наявності кавітаційних автоколивань в потоці рідини безпосередньо за кавітатором, які фіксують за допомогою датчика коливань тиску. Весь процес випробувань розбивають на етапи, що відповідають певній кількості годин або циклів. Кожний етап завершується вимірюванням фізико-хімічних параметрів масла, що випробується. По закінченню випробувань отримують експериментальні залежності з подальшим їх аналізом. Приклади таких залежностей представлені на фіг. 1 та фіг. 2. На фіг. 1 наведено залежності в'язкості рідини АМГ-10 (ГОСТ 6794-75) від часу напрацювання кавітаційного стенду з конфузорно-дифузорним насадком при p в х  21 МПа , pкр  0,74 :1  p  0,0047, p в их  0,1 МПа ; 2  p  0,2381, p в их  5 МПа ; 3  p   0,4761, p в их  10 МПа . Динаміка зміни в'язкості рідини АМГ-10 в процесі кавітаційних випробувань залежить від тиску на вході в кавітатор і протиску. Деградація в'язкості рідини збільшується при підвищенні цих параметрів. При цьому, на початковому етапі процес деградації інтенсивний, а на кінцевому уповільнений. Це пов'язано з тим, що спочатку кавітаційній руйнації підлягають високомолекулярні фракції загущувальної полімерної присадки вініпол ВБ-2Б, а потім інші. Чим вище тиск на вході в кавітатор, тим нижчий рівень уповільнення деградації. На фіг. 2 представлено залежність кислотного числа рідини АМГ-10 від кількості циклів кавітаційної установки з конфузорно-дифузорним насадком при n p в х  20 МПа , pкр  0,68, p  0,0025, pв их  0,5 МПа . Із результатів випробувань слідує, що кислотність рідини змінюється в сторону підвищення в залежності від збільшення тривалості кавітаційної обробки. Процес зростання кислотного числа проходить завдяки утворенню реакційно здатних мікрорадикалів та вуглеводних радикалів, на дезактивацію яких витрачається антиокислювальна присадка. Джерело інформації: 1. Глазков М.М. Кавитация в жидкостных системах воздушных судов: учебное пособие/ М.М. Глазков, В.Г. Ланецкий, Н. Г. Макаренко, И.П. Челюканов. - К: КНИГА, 1987. - 64с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Спосіб випробування масел за допомогою кавітації, який полягає в тому, що масло, яке випробується, піддають дії гідродинамічної кавітації, яка породжує одночасно низку ефектів, завдяки комплексній дії яких проходить інтенсифікація змін фізико-хімічних характеристик масел, що сприяє значному зменшенню часу їх випробувань. 3 UA 106149 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4