Лабораторна робота № 5
Визначення якості і в’язкісно-температурної характеристики моторної оливи
6.1 Мета роботи: навчитись визначати:
1) параметри, що характеризують якість моторної оливи;
2) в'язкісно- температурні характеристики моторної оливи.
Теоретичні відомості
Мастильні моторні оливи - це фракції нафти, основу яких складають вуглеводні з температурою кипіння вище 350 °С.
Моторні оливи класифікуються:
- на групи залежно від експлуатаційних властивостей;
- на підгрупи залежно від типу двигуна;
- на класи залежно від кінематичної в'язкості.
Якість моторних олив оцінюється:
- в’язкістними та миючими властивостями;
- фізичною і хімічною стабільністю;
- корозійністю;
- наявністю домішок та води;
- температурою спалаху;
- протизносними властивостями.
Якість оливи характеризується індексом в'язкості. Чим він вищий, тим в'язкісно-температурні властивості оливи кращі.
Найпростіший спосіб оцінки якості оливи полягає в огляді його проби в скляному циліндрі діаметром 40 -50 мм. При цьому в ньому не повинно виявлятися ні зважених, ні осівших на дно частинок і води.
Так як моторні оливи містять велику кількість смол, то вони непрозорі в світлі, що проходить, отже, необхідно додатково фіксувати колір і відтінок у відбитому світлі.
Температура спалаху у відкритому тиглі:
1) характеризує вогненебезпечність оливи;
2) дає уявлення про характер вуглеводнів в оливі;
3) дозволяє дізнатися про наявність домішок легковипарювальних компонентів.
На температуру спалаху масел t впливає атмосферний тиск, що необхідно враховувати при її визначенні.
де tp - температура спалаху;
p - атмосферний тиск при проведенні дослідів.
Показниками в'язкісних властивостей оливи є:
1) в'язкість при різних температурах;
2) індекс в'язкості;
3) температура застигання оливи.
В'язкість - це властивість оливи чинити опір зовнішній силі, що переміщує її шари один відносно одного. В'язкість визначають за допомогою спеціальних приладів - віскозиметрів і виражають в одиницях динамічної або кінетичної в'язкості.
За одиницю динамічної в'язкості прийнята в'язкість оливи, в об’ємі якої дві паралельні площини розміром по 1 м2, віддалені одна від одної на 1 м, будуть рухатись з відносною швидкістю 1 м/с під дією сили в 1 Н. Розмірність динамічної в'язкості - Н·с/м2.
За одиницю кінематичної в'язкості прийнята розмірність 1 м2/с. Використовується також розмірність в стоксах (Ст),
1 Ст = 1 см2/с = 1 / 100000 м2/с.
1 сота частина стокса = 1сСт (сантистокс).
1 Ст = 100 сСт = 100 мм2/с.
Для характеристики в'язкості і в'язкісно-температурних якостей моторних олив нормується в'язкість при температурі 100 °С, яка включена в їх маркування.
Моторні оливи повинні мати оптимальну в'язкість при робочій температурі. При змінах температури коливання в'язкості повинні бути мінімальними.
Кількісно цю вимогу виражають рядом показників, які називають в'язкісно-температурними характеристиками. Основна з них - графічне представлення залежності кінематичної в'язкості оливи від температури.
З підвищенням температури в'язкість зменшується. Це призводить до зносу поверхонь тертя і збільшення втрат на тертя.
З пониженням температури в'язкість масла збільшується, що призводить до погіршення надходження масла до пар тертя і його очищення, пуск двигуна ускладнюється.
Для визначення температури спалаху оливи використовують прилад (рис.6.1), який складається з штатива, на якому встановлена електрична плитка 2. На електричній плитці стоїть керамічна або скляна ємність 4 з піском, в яку поміщений тигель 3 з випробуваною оливою. У тигель з оливою вертикально встановлений термометр 5, закріплений зверху на штативі, а нижня частина його з ртутною кулькою знаходиться в оливі і не доторкується дна тигля. Тигель 3 повинен знаходитися на шарі піску товщиною 5-10 мм, а простір між тиглем і ємністю повинен бути засипаний піском на висоту 8-10 мм від краю тигля
Очікувана температура спалаху повинна бути приблизно 200 ° С. При температурі нижче очікуваної на 15-10 °С повільно проводять над поверхнею масла на відстані 10-15 мм відкритим полум'ям. Довжина полум'я повинна бути 3-5 мм, а час пересування полум'я паралельно поверхні масла - 2-3 с. Такі випробування повторюють через інтервали температури масла 2 °С до тих пір, поки над поверхнею не з `явиться пробігаюче полум'я синього кольору. В момент спалаху фіксують температуру оливи по термометру.
Рис.6.1 – Прилад для визначення температури спалаху
Для визначення в'язкісно-температурних характеристик оливи використовується віскозиметр. Він являє собою скляну V-подібну трубку з трьома розширеннями (рис. 6.2). У вузькому коліні А знаходиться капіляр 1 діаметром від 0,8 до 1,5 мм (табл, 6.1), На нижньому 2 і верхньому 3 розширеннях нанесені відповідно діаметри капіляра і номер віскозиметра, що відповідає паспортним даним. Вузьке коліно має дві мітки; верхню - а й нижню - б. У широкому коліні В розташовані відвідна трубка 4 і розширення 5. Порядок проведення вимірювання.
1. Віскозиметр потрібно заповнити оливою, для чого надіти на відвідну трубку 4 гумову трубку з грушею. Затиснувши пальцем зріз коліна В, перевернути віскозиметр і опустити коліно А в ємність з маслом. Засмоктати (за допомогою гумової груші) масло в віскозиметр до мітки б, вийнявши його з ємності з маслом, і швидко перевернути в нормальне положення. Видалити масло із зовнішнього боку віскозиметра.
2. Занурити віскозиметр в скляний стакан з водою до рівня, щоб розширення 3 було наполовину занурене у воду, і закріпити його у вертикальному положенні за допомогою кришки 7.
3. Встановити термометр 8 в стакан так, щоб його резервуар знаходився на середині капіляра 1.
4. Нагріти воду за допомогою електроплитки 9 до температури 25 ° С, підтримувати цю температуру протягом 15 хв, щоб масло прогрілось до вказаної температури.
5. Надіти гумову трубку з грушею на коліно А і засмоктати масло вище мітки а (в маслі не має бути бульбашок повітря).
6. Зняти трубку з коліна А і спостерігати за витіканням оливи з верхнього розширення 3. Коли його верхній рівень досягне мітки а, включить секундомір і вимкнути його, коли рівень масла досягне мітки б. Вибирають віскозиметр з необхідним діаметром капіляра. Перевіряють за номером відповідність його паспорту.
Виконують вимірювання та розрахунки в'язкості для температур масла 50, 75 і 100 °С.
Рис. 6.2. Прилад для визначення кінематичної в'язкості оливи: А, В- відповідно вузьке і широке коліно; а, б - мітки; 1 - капіляр; 2,3 нижнє і верхнє розширення; 4 відвідна трубка; 5 - розширення; 6 - стакан; 7 -кришка, 8 - термометр; 9 – електроплитка
Рекомендовані діаметри капілярів віскозиметра вибирають за таблицею 6.1
Таблиця 6.1 – Діаметри капілярів віскозиметра
Визначають в'язкість оливи 
при різних температурах, для чого необхідно середній час витікання оливи від мітки а до мітки б помножити на постійну віскозиметра, тобто
де С - постійна віскозиметра (береться з паспорт а), сСт/с або мм2 /с;
- середньоарифметичний час перетікання масла, с;
q - прискорення сили тяжіння в місці випробування, см/с2;
980,7 - нормальне прискорення сили тяжіння, см / с2;
k - коефіцієнт, що враховує зміну гідростатичного напору масла в віскозиметрі в результаті розширення його при нагріванні від температури при заповненні віскозиметра до температури досліду.
Індекс в'язкості оливи - умовний показник, що отримується шляхом зіставлення в'язкості даної оливи з двома еталонними, в'язкісно-температурні властивості однієї з яких прийняті за 100, а іншої• - за одиницю. Індекс в'язкості характеризує залежність в'язкості оливи від температури. Чим він вищий, тим в'язкісно- температурні властивості оливи кращі.
Графічно визначити індекс в'язкості можна за допомогою номограми (рис. 16). Для цього потрібно відкласти по осях ординат відповідні величини в'язкості, провести горизонтальну (для 
) і вертикальну (для 
) прямі лінії. На місці їх перетину знайти лінію індексу в'язкості і записати його значення.
Розрахунковим шляхом значення індексу в'язкості за ГОСТ 25371-97 - «Нефтепродукты. Расчет индекса в’язкости по кинематической вязкости» можна розрахувати за формулами:
;
,
де L – кінематична в'язкість при 400С оливи з індексом в'язкості 0, що має при температурі 1000С таку ж в'язкість, що і досліджувана олива;
Н - кінематична в'язкість при 400С оливи з індексом в'язкості 100, що має при температурі 1000С таку ж в'язкість, що і досліджувана олива;
U – кінематична в’язкість при 400С оливи, індексом в'язкості якої потрібно визначити.
D=L-H.
Значення L, D, H вибирають з таблиці 3 ГОСТ 25371-97. ГОСТ 25371-97
Рис.6.3 – Номограма для визначення індекса в’язкості оливи
