Нефтяные масла

Нефтяные масла находят применение в самых разнообразных областях техники. Подобный феномен объясняется многообразием функций, которые выполняют промышленные масла. Основными из этих функций являются:

а) снижение коэффициента трения между трущимися поверхностями;

б) снижение интенсивности износа деталей машин и механизмов;

в) защита металлов от коррозии;

г) охлаждение трущихся поверхностей деталей машин и механизмов;

д) уплотнение зазоров между соприкасающимися деталями различных устройств;

е) удаление с контактируемых поверхностей загрязнений и продуктов износа деталей.

Известно также применение масел в качестве электроизоляционной среды в трансформаторах, конденсаторах, кабелях, масляных выключателях. Кроме того, масла могут быть использованы в качестве теплоносителей, рабочих жидкостей в гидравлических передачах, для приготовления консистентных смазок, присадок.

Ассортимент выпускаемых промышленностью товарных масел насчитывает более 400 наименований, что вызвало необходимость их классификации, хотя широкое применение имеет ограниченное количество марок.

13.2.1. Виды классификаций. Существует несколько классификаций масел: 1) по области применения; 2) источнику получения; 3) способу производства; 4) способу очистки.

Классификация по области применения. По этому принципу масла подразделяются на следующие виды:

а) моторные (для дизельных, карбюраторных, авиационных двигателей);

б) индустриальные (общего назначения, для зубчатых передач, гидросистем, специальные и т д.);

в) турбинные;

г) электроизоляционные (трансформаторные, конденсаторные и др.);

д) трансмиссионные;

е) компрессорные.

Классификация по источнику получения. По этому принципу масла классифицируются следующим образом:

а) пищевые (растительного и животного происхождения);

б) минеральные (каменноугольного, нефтяного происхождения);

в) синтетические.

Классификация по способу производства. Масла, например, нефтяного происхождения, по этой классификации делят на три вида:

а) дистиллятные;

б) остаточные;

в) компаундные (смесь дистиллятных и остаточных).

Классификация по способу очистки. Нефтяные масла по этому методу подразделяются на следующие виды:

а) неочищенные (обычно это продукты прямой перегонки нефти);

б) кислотно-щелочной очистки;

г) кислотно-контактной очистки;

д) селективной очистки;

е) адсорбционной очистки;

ж) гидроочистки-гидрокрекинга.

В России в настоящее время основное количество товарных масел получают с применением селективной очистки избирательными раствори­телями и адсорбционной очистки. Однако за рубежом масла наилучшего качества производят путем их гидропереработки.

13.2.2. Классификация моторных масел. Принятая в России система обозначений моторных масел основана на их вязкости и эксплуатационных свойствах.

Моторные масла обычно готовят путем компаундирования различных базовых масел с пакетом присадок различного назначения: антиокислитель­ных, моющих, депрессорных, диспергирующих, антинагарных и др. В Рос­сии практически весь объем базовых масел получают путем селективной очистки. Специальные технические требования на базовые масла отсутствуют и их выпускают согласно требованиям к маслам и присадкам (табл. 13.7).

Таблица 13.7

Основные характеристики базовых масел

Масла	Вязкость, мм2/с	Индекс вязкости не менее	Температура, оС	Доля ос­таточно­го компо­нента, %, не менее
при 100 оС	при 0 оС, не более	застывания, не выше	вспышки, не выше
М-6	6 0, 5			– 15		-
М-8	8 0, 5			– 15
М-11	11 1			– 15
М-14	14 0, 5	-		– 15
М-16	16 0, 5	-		– 15
М-20	20	-		– 15
АС-95, 5 1 сорт в.сорт	9, 5 0, 5	- -		– 15 – 15
АСВ-6	6 0, 5			– 15		-
АСВ-10	10 0, 5			– 15
АСВ-5	5 0, 5			– 45		-

Основной характеристикой товарных масел является вязкость. По этому показателю в мировой практике масла подразделяются на классы (табл.13.8).

К летним маслам относят масла классов 10, 12, 14, 16, 20. Зимними маслами являются масла классов 4, 5, 6. Масло класса 8 нередко используют как летом, так и зимой. Масла, обозначенные двумя цифрами, разделенные дробью, являются всесезонными, например, 6з/10.

Из зарубежных классификаций моторных масел по вязкости общепринятой в мировой практике является классификация, предложенная Американским обществом автомобильных инженеров SАЕ, установленная стандартом SAE J-300 DEC-99 (табл. 13.8).

Таблица 13.8

Классы вязкости моторных масел по ГОСТ 17479.1 – 85

Таблица 13.9

Классификация моторных масел (SAE J-300 DEC-99)

Примечание. Цифры означают: 1^* – вязкость измеряется по методу ASTM
D 5293 на вискозиметре ССS;

2^* – вязкость измеряют по методу ASTM D 4684 визкозиметре МRV;
(напряжение сдвига не допускается при любом значении вязкости);

3^* – вязкость измеряют по методу ASTM D 445 на капиллярном вискозиметре;

4^* – вязкость измеряют по методам ASTM D 4683 или СЕС L – 36 – A – 90 на коническом имитаторе подшипника;

5^* – это значение для классов SAЕ 0W – 40, 5W – 40, 10W – 40;

6^* – это значение для классов SAЕ 40, 15W – 40, 20W – 40, 25W – 40.

Табл. 13.10 дает представление о соответствии классов вязкости масел по российскому и американскому стандартам.

Таблица 13.10

Соответствие классов вязкости моторных масел

по ГОСТ 17479.1 – 85 и SAE J-300

Примечание. Б уква «W» обозначает зимнее (winter) масло; отсутствие этой буквы обозначает летнее масло.

Еще одна классификация масел предусматривает их деление на группы в зависимости от типа двигателей внутреннего сгорания (табл. 13.11).

В представленных в табл. 13.7, 13.8 и 13.10 данных отечественных классификаций маслами для карбюраторных двигателей являются масла классов вязкости 6;.8; 10; 12; 4з/6; 6з/10 и групп по условиям эксплуатации А; В₁; Г₁. При этом следует отметить, что масла группы А содержат незначительное количество присадок, улучшающих моющие и антиоки­слительные свойства и понижающих температуру застывания. Для всесезон­ной эксплуатации среднефорсированных карбюраторных двига­телей служит масло М-8В₁ с пакетом эффективных присадок. Масла группы Г₁ используют в высокофорсированных двигателях современных легковых автомобилей.

Маркировка моторных масел включает ряд обозначений. Рассмотрим на некоторых примерах. В маркировке М-8В₂ символы имеют следующий смысл:

буква М – масло моторное;

цифра 8 – характеризует класс вязкости и может совпадать со значением кинематической вязкости при 100 ^оС;

Таблица 13.11

Группы моторных масел (ГОСТ 17479.1 – 85)

символ В₂ – характеризует область применения масла; в данном случае масло предназначено для среднефорсированных дизелей с повышенными требованиями к антикоррозийным, противоизносным свойствам и склон­ности к образованию высокотемпературных отложений.

Если нижний индекс имеет цифру «1», то масло предназначено для карбюраторных двигателей, если цифру «2», то для дизелей. Если нижний индекс отсутствует, то масло является универсальным.

Рассмотрим еще один пример. Имеется масло марки М-6 з/₁₀ В. Такая маркировка обозначает, что это масло моторное (М), класс вязкости которого 6. Оно защищено специальной присадкой (з), имеет кинематическую вязкость = 10 мм²/с, универсальное для любых среднефорсированных двигателей внутреннего сгорания.

В связи с тем, что условия эксплуатации автомобилей в странах Западной Европы существенно отличаются от США, Ассоциация европейских изготовителей автомобилей (АСЕА) с 1996 г. ввела в действие новую европейскую классификацию моторных масел. Классификация АСЕА содержит единые базовые требования к эксплуатационным свойствам масел, оставляя за каждым членом АСЕА право дополнять или ужесточать требования к маслам для двигателей собственного производства, формулируя их в собственных фирменных спецификациях, например, «Фиат», «Вольво», «Рено» и др.

С 01.02.2002 г. АСЕА ввела в действие уже третье изменение в классификацию АСЕА. С этого времени классификация АСЕА подразделяет моторные масла на три класса:

класс А – масла для бензиновых двигателей;

класс В – масла для дизелей легковых автомобилей;

класс Е – масла для дизелей грузовых автомобилей.

Классы А и В содержат по пять категорий, а класс Е – четыре, которые обозначают арабскими цифрами, например А5, В4, Е2, после которых еще две цифры значат год введения данной категории. Если после года введения указан номер выпуска, например, В3-98 выпуск 2, то это значит, что для сертификации масел данной категории применен новый метод испытаний, но без изменений жесткости требований (табл. 13.12).

Дизельные масла готовят как без присадок, так и с комплектами присадок различного назначения в зависимости от степени форсирования двигателя, его конструкции и качества топлива. Согласно классификации моторных масел, выпускают дизельные масла всех групп.

Авиационные масла разделяют на масла для поршневых и газотурбинных двигателей, а также для вертолетов. Известно, что работа поршневых двигателей винтомоторной авиационной техники отличается высокими давлениями, температурами и скоростями. Для обеспечения ее надежности используют высоковязкие масла специальной очистки без присадок. Подобные масла отличаются высокой смазывающей способ­ностью, стойкостью к окислению при высоких температурах и длительном хранении. Кроме того, они не должны вызывать коррозию деталей. Эти масла могут также служить компонентами масляных композиций для турбовинтовых двигателей и для смазки ряда узлов вертолетов.

Известно, что газотурбинные двигатели по конструкции существуют в двух вариантах: турбореактивном и турбовинтовом. Турбореактивные двига­тели, в отличие от поршневых, требуют применения масел с пониженной вязкостью. В таких двигателях масло используют для смазки компрессоров, подшипников турбин и других устройств. Интересно срав­нить, что удельный расход масла в газотурбинных двигателях в два - три раза ниже, чем в поршневых двигателях, но кратность циркуляции выше в пять раз и более.

Основные требования к маслам для газотурбинных двигателей таковы: обеспечение запуска двигателя при низких температурах, термооки­слитель­ная стабильность и стабильность при длительном хранении, низкая корро­зионность и летучесть и др.

В турбовинтовых двигателях применяют нефтяные (МН-7, 5у) и синте­тические (ВНИИ НП-25) масла, включающие загущающую, анти­окисли­тельную и противоизносную присадки. Используются также компо­зиции масел, приготовленные из стандартных масел.

13.2.3.Классификация индустриальных масел. Этот вид масел включает широкий перечень различных марок. Их можно разделить на две группы, в зависимости от области применения, а именно: общего и специ­аль­ного применения. Отличие в маркировке всех индустриальных масел состоит в том, что цифра в ней обозначает величину кинематической вязкости при 50 ^оС.

Индустриальные масла общего назначения предназначены для смазывания трущихся деталей узлов и механизмов разнообразного промыш­ленного оборудования практически во всех областях деятельности человека. По своей природе они являются очищенными дистиллятными или остаточ­ными маслами нефтяного происхождения, а также их смесями, как правило, без присадок.

Масла с пониженной вязкостью, такие как И-5А или И-8Ф применяют в высокоскоростных механизмах, работающих с небольшой нагрузкой, в уз­лах КИПиА и некоторых других позициях. Масло со средней вязкостью
И-12А является наиболее многотоннажным среди индустриальных масел. Оно находит применение в металлообрабатывающей, текстильной и других

областях промышленности, где имеется оборудование со скоростью вра­щения механизмов до 5000 оборотов/мин, а также в подшипниках элект­родвигателей и т. д. Масла с высокой вязкостью от И-20А до И-50А приме­няют в гидросистемах станочного и другого промышленного оборудо­вания, в мало- и средненагруженных зубчатых передачах, в строительно-дорожной технике и т. д.

Разновидностью масел общего назначения являются масла для высо­коскоростных механизмов (металлообрабатывающих станков, переме­ши­вающих устройств и др.). К этим маслам относятся уже упомянутые масла И-5А и И-8А, а также масла ИГП-2, ИГП-4, ИГП-6, ИГП-8 и ИГП-14 с улучшенными показателями за счет введения в них антикор­розионной, антиокислительной и противоизносной присадок.

Другой разновидностью масел общего назначения являются масла для гидросистем. Это также улучшенные с помощью присадок масласо средней вязкостью марок ИГП-18, ИГП-30, ИГП-38, ИГП - 49. Для этих целей могут быть также использованы масла ВНИИ НП-403 и ВНИИ НП-406. Такие масла обеспечивают высокую надежность работы гидросистем станков, автоматических линий, прессового оборудования, различных редукторов. Высоковязкие масла ИГП-72, ИГП-91 и ИГП-114 применяют в тяжелых прессах, тяжелых зубчатых и червячных передачах.

Иногда выделяют в отдельную подгруппу масла для зубчатых передач и червячных механизмов. Поскольку условия работы данных механизмов различны, то имеется весьма широкий ассортимент масел для этих целей. В связи с этим для смазывания данных устройств могут быть использованы различные индустриальные масла общего назначения серии ИГП, а также специализированные масла ИРп-40, ИРп-75, ИРп-150 с противоизносными, антиокислительными, противозадирными и антифрикционными присад­ка­ми. Они предназначены для эксплуатации зубчатых передач, работающих при больших нагрузках и в циркуляционных системах.

Масла с повышенной смазывающей способностью (ИСП-25, ИСП-40, ИСП-65, ИСП-110) используют в коробках передач, редукторах и других механизмах станочного оборудования и автоматических линий. Здесь же могут быть применены очень вязкие масла ИГП-152 и ИГП-182. Для смазывания высоконагруженных зубчатых и червячных передач, работаю­щих при повышенных температурах, применяют высоковязкие масла серии ИТП
(ИТП-200 и ИТП-300) вместе с пакетом антиокислительных, проти­возадирных и антифрикционных присадок.

Еще одной разновидностью индустриальных масел общего назначения являются масла для направляющих скольжения. Эти масла применяют в тех позициях, где требуется получить равномерные (без рывков) медленные и точные перемещения соприкасающихся поверхностей (столов, суппортов и других узлов станков и оборудования). Масла для направляющих скольжения имеют марки ИНСп и содержат в своей композиции про­тивозадирные, адгезионные, антизадирные, противоскачковые и солюби­лизирующие присадки. При этом масло ИНСп-40 применяют для гори­зонтальных направляющих станков и оборудования. Масло ИНСп-65 используют для тяжелонагруженных горизонтальных и вертикальных направляющих при общей системе смазки. Масло ИНСп-110 нашло применение для горизонтальных и вертикальных направляющих, в т. ч. горизонтальных направляющих с вертикальными гранями большой площади.

Масла индустриальные специального назначения применяют в узких и специфических областях.

13.2.4. Классификация трансмиссионных масел. Их применение связано с необходимостью максимального снижения износа используемых в редукторах и трансмиссиях элементов пар трения, а также для снижения энергетических потерь при трении, отвода тепла от трущихся пар, уменьшения вибрации и шума шестерен, защиты их от ударных нагрузок, удаления с поверхностей трения продуктов износа и других загрязнений.

13.2.5. Классификация энергетических масел. Они представляют собой группу масел, включающую турбинные, компрессорные и электро­изоляционные масла.

Турбинные масла предназначены для использования с целью охлаж­дения и смазывания подшипников турбинных установок, систем регу­лирования турбин, маслонапорных установок гидротурбин, а также паровых турбин судовых двигателей. Основные требования к турбинным маслам – это высокая стабильность к окислению при температурах выше 100 ^оС, длительность эксплуатации масла без замены в течение нескольких лет, не образовывать пену и стойких эмульсий с водой. Такие требования могут быть выполнены путем глубокой очистки масел и введением в них пакета присадок, включающих антиокислительные, деэмульгирующие, антипенные и др. Турбинным маслам присвоена серия Тп (Тп-22с, Тп-30 и Тп-46), где цифра обозначает величину кинематической вязкости при 50 ^оС, измеренной в квадратных миллиметрах на секунду (мм²/с). Температура застывания этих масел не должна быть выше – 10 ^оС. Особо среди турбинных масел следует отметить масла для судовых газовых турбин, у которых температура застывания не должна превышать – 45 ^оС, а вязкость – не выше 9, 6 мм²/с при 50 ^оС.

Компрессорные масла используют для смазывания деталей компрессоров (клапанов, цилиндров) и для уплотнения и герметизации камеры сжатия.

Компрессорные масла, в свою очередь, подразделяются на две группы:

а) масла для поршневых и ротационных компрессоров; б) масла для компрессоров холодильных агрегатов.

Электроизоляционные масла. Как жидкие диэлектрики, эти масла обеспечивают изоляцию токонесущих частей электрооборудования, теплоотвод избыточного тепла. Эти масла, также как компрессорные, делятся на группы: а) трансформаторные, б) конденсаторные, в) кабельные.

13.2.6. Классификация вакуумных масел. Эти масла применяют для вакуумной техники (вакуумные насосы и др.). К ним предъявляются повышенные требования в отношении чистоты. Они отличаются от других масел своим узким фракционным составом, высокой стойкостью к окислению и малой испаряемостью. Вакуумные масла составляют серию масел ВМ (ВМ-1, ВМ-3, ВМ-4, ВМ-5, ВМ-6). Кроме того, в группу вакуумных масел относят масло для пароструйных насосов. Кинематическая вязкость масел серии ВМ составляет от 10 (ВМ-3) до 70 мм²/с (ВМ-5). Эти масла имеют очень низкое давление насыщенных паров (от 6× 10^-9 до 2× 10^-12 МПа).

13.2.7.Классификация приборных масел. Эти масла подразделяются на три группы: а) общего назначения, б) специальные, в) часовые. Они могут быть как минеральные, так и на синтетической основе.

13.2.8. Классификация осевых масел. Осевые масла предназначены для смазки осей колесных пар, подшипников и других узлов трения железнодорожных вагонов, тепловозов и электровозов. Применяются также для некоторых других промышленных машин и аппаратов.

Как правило, в качестве осевых масел в России используют неочищенные мазуты тяжелых нефтей, таких как Ярегская, Эмбенская и некоторых других. Изготовляют эти масла обычно без присадок. Имеются три марки осевых масел. Это масла марки «Л» (летнее), марки «З» (зимнее) и марки «С» (северное). Основной показатель для них – это температура застывания, которая не должна превышать минус 40 ^оС для масел марок «Л» и «З» и минус 55 ^оС для масла марки «С».