Анализ масел. Основы и применение



                OIL
                ANALYSIS





  SECOND EDITION
  REVISED AND UPDATED 2010





  JIM FITCH AND DREW TROYER






   Noria Corporation
   Tulsa, Oklahoma USA

Дж. Фитч, Д. Тройер








            АНАЛИЗ МАСЕЛ.
            ОСНОВЫ И ПРИМЕНЕНИЕ


Перевод с английского языка 2-го издания под редакцией Е. А. Новикова, М. В. Кирюхина










                                              LPEHTP
                                                оетазоакгЕльных гтчзтми

ПРОФЕССИЯ


Санкт- Петербург
2015

   ББК 665.61:543(035)
   УДК 35.514я2
   Ф64






      Фитч Дж., Тройер Д.
Ф64 Анализ масел. Основы и применение / Пер. с англ. 2-го изд.; под ред. Е. А. Новикова, М. В. Кирюхина. — СПб.: ЦОП «Профессия», 2015. — 176 с., ил.

      ISBN 978-5-91884-064-1
      ISBN 0-9675964-1-7 (англ.)


      Описаны свойства базовых масел, их основной состав и присадки и методы испытаний. Подробно изложены процедуры отбора проб из различных смазочных систем: оборудование, приспособления и порядок отбора. Приведены исчерпывающие данные по первичным и вторичным аналитическим индикаторам. Дан обзор приборной базы под конкретные методы анализа и рекомендации по их выбору, приведены диагностические карты, алгоритмы испытаний и положения стандартов. Рассмотрены вопросы загрязнения масел типовыми источниками, даны рекомендации по выбору очистных фильтров и способам удаления загрязнителей.
      Книга предназначена специалистам по выбору и применению масел в различных отраслях, сотрудникам аналитических и испытательных лабораторий соответствующего профиля, исследователям и студентам.

                                                           БВК 665.61:543(035)
                                                           УДК 35.514я2



Copyright © 2010 Noria Corporation. AU rights reserved.
Authorized translation from English language edition Oil Analysts Basies by Jim Fitch and Brew Troyer.


Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.


Информация, содержащаяся вданной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.




ISBN 0-9675964-1-7 (англ.)
ISBN 978-5-91884-064-1

                                       © Noria Coiporation. All rights reserved, 2010
         © ЦОП «Профессия», 2015
         © Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2015

    Оглавление





Предисловие к русскому изданию.............................................8

ГЛАВА 1
Основы теории смазывания..................................................11
1.1. Функции смазочных материалов.........................................11
1.2. Базовые масла........................................................12
    1.2.1. Сравнение свойств минеральных и синтетических базовых масел....14
1.3. Режимы смазывания....................................................16
1.4. Присадки и их функции................................................19
Литература................................................................26

ГЛАВА2
Анализ масла и обслуживание по фактическому состоянию.....................27
2.1. Обслуживание, ориентированное на надежность..........................29

ГЛАВА3
Борьба с загрязнением.....................................................31
3.1. Механические загрязнители............................................31
    3.1.1. Удаление загрязнителей.........................................33
    3.1.2. Скорость загрязнения и баланс масс.............................33
    3.1.3. Стоимость удаления загрязнений.................................33
    3.1.4. Борьба с загрязнением масла через поверхность..................35
    3.1.5. Карта источников механических загрязнителей....................35
    3.1.6. Чистота до приработки..........................................37
    3.1.7. Фильтрация и улавливание частиц механических загрязнителей.....38
    3.1.8. Способы удаления механических загрязнителей....................38
    3.1.9. Испытания и оценка работы фильтров.............................44
3.2. Вода.................................................................45
    3.2.1. Источники попадания............................................48
    3.2.2. Воздействие на масло...........................................48
    3.2.3. Воздействие на машины..........................................48
    3.2.4. Борьба с загрязнением водой....................................49
3.3. Топливо..............................................................52
    3.3.1. Источники попадания............................................52
    3.3.2. Воздействие на масло...........................................53
    3.3.3. Воздействие на оборудование....................................53
    3.3.4. Борьба с разбавлением масла топливом...........................54

б

Оглавление

3.4. Сажа.................................................................54
    3.4.1. Источники попадания............................................55
    3.4.2. Воздействие на масло...........................................55
    3.4.3. Воздействие на оборудование....................................55
    3.4.4. Борьба с загрязнением сажей....................................55
3.5. Гликоли..............................................................56
    3.5.1. Источники попадания............................................56
    3.5.2. Воздействие на масло...........................................56
    3.5.3. Воздействие на оборудование....................................56
    3.5.4. Борьба с загрязнением гликолями................................56

ГЛАВА 4
Отбор проб......................................................          57
4.1. Точки отбора проб в возвратной линии.................................58
4.2. Отбор проб в системе с циркуляцией масла.............................62
4.3. Отбор проб из линий высокого давления................................63
4.4. Отбор проб из циркуляционных линий низкого давления..................65
4.5. Отбор проб из циркуляционных систем с мокрым картером................66
4.6. Отбор проб из систем без принудительной циркуляции...................68
4.7. Отбор проб через погружную трубку....................................70
4.8. Контейнеры и оборудование для отбора проб............................73
4.9. Полезные советы по отбору проб масел.................................74
4.10. Частота отбора проб.................................................75
4.11. Сведения об оборудовании............................................77
4.12. Маркировка контейнеров и описание пробы.............................78

ГЛАВА 5 Испытания и анализ масел..................................................81
5.1. Назначение анализа масел.............................................81
5.2. Наиболее распространенные методы анализа масел.......................85
    5.2.1. Определение количества частиц..................................85
    5.2.2. Вязкость.......................................................90
    5.2.3. Кислотное число................................................93
    5.2.4. Щелочное число.................................................95
    5.2.5. Инфракрасная спектрометрия с преобразованием Фурье.............97
    5.2.6. Содержание ферромагнитных частиц...............................99
    5.2.7. Идентификация частиц загрязнителей и продуктов износа при помощи микроскопа............................101
    5.2.8. Визуальное исследование осадка на мембранном фильтре..........103
    5.2.9. Испытание на окисление во вращающейся бомбе (RPVOT)...........105
    5.2.10. Определение содержания воды титрованием по Карлу Фишеру......107
    5.2.11. Спектральные методы элементного анализа......................109
    5.2.12. Температура вспышки и определение разжижения топливом.........115
    5.2.13. Другие методы испытаний масел.................................117
5.3. Выбор номенклатуры испытаний.........................................119

Оглавление

1

ГЛАВА6
Целевые и предельно допустимые значения. Диагностика и управление данными.....................................  123
6.1. Установление целевых и предельно допустимых значений..............123
6.2. Интерпретация и применение результатов анализа масла..............130
    6.2.1. Механическое загрязнение....................................131
    6.2.2. Выявление продуктов износа..................................131
    6.2.3. Анализ продуктов износа.....................................132
    6.2.4. Изменение вязкости..........................................134
    6.2.5. Загрязнение водой...........................................135
    6.2.6. Истощение присадок..........................................136
    6.2.7. Окислительная стабильность..................................137
    6.2.8. Загрязнение гликолями.......................................138
    6.2.9. Разжижение топливом.........................................140
    6.2.10. Загрязнение сажей..........................................141
    6.2.11. Запас щелочности...........................................143
    6.2.12. Неподходящий тип масла.....................................143
    6.2.13. Лакообразные отложения и шлам..............................144
    6.2.14. Коррозионная активность....................................146
6.3. Документирование и представление результатов анализа..............147
6.4. Комбинирование анализа масел с другими методами диагностического контроля............................149

ГЛАВА 7
Выбор коммерческой лаборатории анализа масел.........................  151

Словарь терминов...................................................    155

    Предисловие к русскому изданию



  Среди промышленников бытует поговорка о том, что масло не изнашивается, а только становится грязным. Это заблуждение. Масло изнашивается. В ходе его применения в нем накапливаются как загрязнения извне, так и продукты окисления самого масла, идет деструкция полимерных присадок, расходуются антиокисли-тельные, моющие и противоизносные присадки. Масло приходит в негодность и перестает нормально смазывать машину. При этом внешний вид масла — не главный критерий его работоспособности. Невидимые глазу показатели качества масла может определить только химический

анализ. Для такой диагностики служат современные аналитические методы: феррография, спектральный анализ, подсчет частиц, инфракрасная спектрометрия и т. д.
  Как хороший врач по результатам анализа крови может сказать, что происходит с тем или иным органом пациента, так и хороший инженер по результатам анализа масла может сказать, что происходит с тем или иным узлом машины. Диагностика машин по состоянию масла — отдельная инженерная дисциплина. На Западе ей посвящено несколько книг, регулярно выходят журналы Machinery Lubrication и Oil Analysis, существуют сообщества трибологов, работают независимые диагностические лаборатории. Автор данной книги, профессор Джеймс Фитч — общепризнанный мировой авторитет в этой области, член правления Международного совета по смазыванию машин (ICML). Его трудом создана всемирная система подготовки и аттестации специалистов по диагностическому контролю.
  У нас наука диагностики машин по состоянию масла развита слабо. Приходилось даже слышать мнение: «Нам легче турбину выбросить, чем организовать у себя аналитическую лабораторию». Сторонникам такой точки зрения данная книга ни к чему. Она нужна тем, кто хочет, чтобы его турбины (моторы, насосы, редукторы...) служили долго, не ломались и не простаивали в ремонте. Эта книга поможет понять, из чего состоит смазочное масло; как оно работает в различных условиях; какие

Предисловие к русскому изданию

9

изменения происходят с ним во время работы и как они проявляются в показателях, которые можно измерить; что эти показатели говорят о состоянии всей машины или отдельных ее узлов. Эти знания позволяют на ранней стадии определить приближающуюся проблему и принять меры, чтобы предотвратить неожиданный отказ оборудования.
  Данная книга — первое русскоязычное основополагающее руководство по диагностическому контролю. Причем это руководство для начинающих, дающее только основные понятия. Если сравнивать диагностику машин с диагностикой людей, то это — пособие для студентов-медиков первого курса. Существуют и более продвинутые «спецкурсы» следующих уровней. Например, компания InLube проводит очное обучение диагностическому контролю в системе ICML, в том числе и на русском языке. Интересно, что российских специалистов, имеющих аттестат ICML, всего 17 (для сравнения, в США их 2582, а в Малайзии — 103).
  Хочется надеяться, что с появлением этой книги специалистов по диагностическому контролю станет больше.

                                Новиков Евгений Анатольевич, генеральный директор компании Соктрейд (г, Москва), кандидат химических наук

ГЛАВА 1

    Основы теории смазывания



1.1. Функции смазочных материалов
  Смазочные материалы, в зависимости от агрегатного состояния, могут быть жидкими, пластичными и твердыми. Основное их предназначение — обеспечение следующих полезных функций.
  Снижение трения и изнашивания. Смазочные материалы снижают трение между движущимися относительно друг друга поверхностями, разделяя их жидкостной пленкой, способной нести нагрузку. Трение вызывает нагрев и изнашивание поверхностей (рис. 1.1), что сокращает срок надежной службы деталей и самого смазочного материала. Степень разделения трущихся поверхностей зависит от нескольких факторов, в том числе от нагрузки на поверхности, скорости относительного движения и вязкости смазочного материала. Обычно толщина масляной пленки между скользящими поверхностями колеблется от 2 до 20 мкм.

Плохое смазывание

Трение Изнашивание Нагрев

Удлиненный срок службы
Надежная работа
Низкие затраты на обслуживание

Рис. 1.1. Смазочная пленка снижает трение, изнашивание и тепловыделение

Глава 1. Основы теории смазывания

Если разделение трущихся поверхностей жидкостной пленкой осложнено, снижения трения и изнашивания добиваются при помощи добавок — твердых наполнителей и химически активных присадок.
  Защита от перегрева. Смазочные материалы отводят тепло из зоны его возможной генерации путем естественного рассеяния (за счет конвекции или теплопроводности), отдачи теплообменнику или корпусу оборудования. Снижение трения масляной пленкой, безусловно, позволяет сократить выделение тепла.
  Контроль загрязнения. Пластичные смазки обеспечивают герметизацию и защищают детали машин от воздействия внешней среды, предотвращая или затрудняя проникновение к их поверхностям твердых частиц, влаги и химически активных веществ. Смазочные масла растворяют загрязнения в себе и переносят в маслоемкость или картер (где они естественно оседают под действием силы тяжести), либо доставляют к фильтру, на котором они улавливаются.
  Предотвращение химической коррозии. Смазочные материалы предохраняют поверхности деталей от ржавления и коррозии, покрывая их защитной пленкой. Присадки, добавляемые в некоторые смазочные материалы, способны нейтрализовать коррозионное действие кислот, которые могут накапливаться при работе механизмов.
  Передача энергии. Жидкости в гидравлических механизмах представляют собой сравнительно несжимаемые среды, посредством которых происходят передача энергии (с трансформацией ее в высокую механическую нагрузку) и приведение в действие цилиндров, клапанов и гидравлических механизмов.

1.2. Базовые масла
  Смазочные материалы могут существенно различаться между собой. На рис. 1.2 перечислены некоторые общепринятые методы испытаний, используемые для определения физических свойств базового масла, — основного компонента в составе получаемых смазочных материалов. Базовое масло в значительной степени определяет вязкость продукта и служит основой для присадок и наполнителей. От его свойств зависят многие эксплуатационные характеристики приготавливаемых из него масел или пластических смазок. Большинство базовых масел — минеральные, их получают из сырой нефти путем различных процессов переработки. Переработка обычно начинается с перегонки нефти путем изменения температуры и давления (вакуума), включающей фракционирование по молекулярной массе и типу молекул.
  После этого, для улучшения конечного результата, может проводиться дальнейшая переработка:

1.2. Базовые масла

13

    Методы испытаний для описания физических свойств базовых масел

Свойство         Определяющий       Способ определения                    Метод  
                   параметр                                              ASTM/IP 
Вязкость    Вязкость базового       Капиллярный вискозиметр                D445  
            масла                                                                
Индекс      Зависимость вязкости    По разнице кинематической вязкости    D2270  
вязкости    от температуры          при 40 и 100 °C (индексная величина)         
Удельный    Плотность масла         Ареометр                              D1298  
весЙА       относительно                                                         
            плотности воды                                                       
Температура Летучесть               Прибор для определения температуры   D92/D93 
вспышки     и воспламеняемость      вспышки (наименьшая температура,             
            масла при высоких       при которой пары вещества                    
            температурах            вспыхивают при поджигании)                   
Температура Текучесть м асла п ри   По текучести в испытательном стакане D97/IP15
текучести   ни зких тем п ерату рах (температура, при которой вязкость           
                                    возрастает примерно до 22 000 сСт)           

*ASTM — American Society for Testing and Materials (Американское общество по испытаниям и материалам).
“ В анализе нефтепродуктов удельным весом принято называть безразмерную величину, равную отношению плотности жидкости при заданной температуре к плотности воды при той же (или другой) температуре. Удельный вес в классическом физическом понимании — это величина, определяемая как отношение веса вещества к занимаемому им объему и имеющая размерность Н/м³. — Прим. науч. ред.


Рис. 1.2. Основные физические свойства базовых масел



  • экстракционная очистка. Дистиллят смешивают с селективной жидкостью, в которой растворяются нежелательные ароматические соединения, отделяемые от важных компонентов масляных фракций;
  • гидроочистка:
    - мягкая гидроочистка: проводится при невысоких значениях температуры и давления. Удаляются соединения, содержащие серу, кислород и азот, но ароматические соединения могут оставаться;
    - глубокая гидроочистка: проводится при высоких значениях температуры и давления. Происходит насыщение склонных к окислению молекул ароматических соединений, они превращаются в более стабильные нафтены и парафины. Удаляется также большинство полярных (кислородсодержащих) соединений;
  • кислотная очистка. Ненасыщенные соединения экстрагируют серной кислотой. Образовавшийся кислый осадок удаляют и нейтрализуют;