ТЕМАТИЧЕCКИЙ РАЗДЕЛ - ВЯЗКОСТЬ СМАЗОК И СОЖ

ТЕМАТИЧЕСКИЕ РАЗДЕЛЫ - СОЖ

Вязкость смазок и СОЖ

Главная

Новости сайта

Общие понятия о вязкости
Вязкость СОЖ
Вязкость масляных смесей
Влияние давления на вязкость
Индекс вязкости (ИВ)

Общие понятия о вязкости

Смазочные масла для промышленного оборудования выбирают главным образом по их вязкости. Вязкость - одно из важных свойств, имеющих эксплутационное значение и общее для большинства масел. При выборе масла следует учитывать три критических значения вязкости / 5 /:

оптимальное при нормальной рабочей температуре;
минимальное при максимальной рабочей температуре;
максимальное при самой низкой температуре.

Динамическая вязкость (h) (сопротивление сдвигу) - сила сопротивления, возникающая при взаимном относительном перемещении слоев жидкости с определенной скоростью.

Кинематическая вязкость (n) - отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности.
При гидродинамических расчетах, связанных с конструированием узлов трения и подбором для них масла, обычно используют кинематическую вязкость. Эту вязкость обязательно нормируют для всех минеральных масел.

Кинематическую вязкость технологических смазок определяют по ГОСТ 33-82 при помощи вискозиметров двух типов: капиллярного и вискозиметра Пинкевича (для ньютоновских жидкостей, у которых сопротивление сдвигу прямо пропорционально скорости скольжения). При испытании измеряют время течения смазки между специальными метками при заданной температуре. Обычно кинематическая вязкость масел определяется при температурах 50 и 100°С, но по классификации ISО 3448-75 при температуре 40°С.

Так, например, ВПЖ-2 - вискозиметр стеклянный капиллярный, представляет собой U - образную трубку, в колено которой впаян капилляр. На вискозиметрах капиллярного типа отверстие калибровано. Наиболее часто встречаются следующие калибры:

1,31 мм - для испытания смазок имеющих кинематическую вязкость в приделах 30-60 Сст,
0,99 мм - для испытания смазок с кинематической вязкостью 15-30 сСт.

Измерение вязкости основано на определении времени истекания через капилляр определенного объема жидкости из измерительного резервуара. При этом определение кинематической вязкости производят по формуле:

(1)

где g - ускорение свободного падение в месте измерения (на широте г. Москвы на уровне моря 9,8156 м/с²);
Т - время истечения, с;
К - постоянная вискозиметра.

Если невозможно определить вязкость по ГОСТ 33-82, используют условные единицы вязкости:

градусы ВУ по ГОСТ 6258-52 - отношение времени истечения смазки при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20°С;
условную вязкость по ГОСТ 11503-74 - время протекания определенного количества битума через калиброванное отверстие вискозиметра при заданной температуре.

Имеются формулы и таблицы для пересчета различных условных единиц вязкости в кинематическую вязкость / 1 , 2 /.

В нефтяной промышленности редко пользуются единицами динамической вязкости. Наиболее употребляемыми единицами вязкости являются - стокс (1 Ст = 10^-4 м²/с) или сантистокс (1 сСт = 10^-6 м²/с), в Великобритании - секунды Редвуда (RS), в Европе - градусы Энглера (°Е) и в США - универсальные секунды Сэйболта (SUS). Соотношение различных единиц вязкости при одной температуре / 3 /:

5 сСт = 42 SUS = 1,4 °E = 39 RS.

Вязкость СОЖ

Вязкость эмульсий (СОЖ) можно определить по формуле Тейлора:

(2)

где h_д - вязкость дисперсионной среды (в большинстве случаев воды);
h_ф - вязкость дисперсионной фазы;
j - отношение объема дисперсионной фазы ко всему объему эмульсии.

Кинематическая вязкость СОЖ можно оценить при помощи вискозиметра капиллярного типа. Путем эмпирического подбора определено, что для оценки кинематической вязкости СОЖ требуется использование вискозиметра имеющего калиброванное отверстие < 0,99 мм. Причем, чем меньше калиброванное отверстие, тем точнее определение. Кроме того, следует учитывать, что рабочая эмульсия (СОЖ) содержит механические частицы износа (примеси), которые имеют основной размер частиц менее 5 мкм, но встречаются отдельные частицы способные "заблокировать" тончайший капилляр вискозиметра. Поэтому перед оценкой исследуемые рабочие СОЖ, рекомендуется фильтровать.

Следует отметить, что возможно проведение подобного лабораторного исследования, в котором в качестве заменителя механических примесей рабочей эмульсии (СОЖ) будет выступать кварцевый песок (SiO₂). При этом становится возможным подготовить пробы для проведения исследования с контролируемым содержанием масляной фазы и механической составляющей, и по результатам исследования составить уравнение описывающее совместное влияние масляной фазы и механической составляющей на вязкость рабочих СОЖ.

Профессор Грудев А.П. в работе / 4 / отмечает, что вязкость водомасляных эмульсий концентрации 5-10% почти не отличается от вязкости воды. Динамическая вязкость воды при 20°С составляет 1,005 сП.

В реальных условиях работы, рабочая эмульсия (СОЖ) содержит механические частицы износа, которые определенным образом влияют на ее вязкость, а значит и условия трения в очаге деформации. Для оценки влияния механических частиц на вязкость прокатной эмульсии был проведен эксперимент по определению вязкости рабочей эмульсии, подаваемой на стан 2500 холодной прокатки (ЛПЦ-5 ОАО "ММК") и свежеприготовленной эмульсии в лабораторных условиях. Эмульсия на стане 2500 отбиралась с пробозаборника на второй клети (см. табл.1.). Эмульсия в лабораторных условиях готовилась с учетом общего содержания масел в отобранной рабочей эмульсии (на 300 мл дист. воды - 3 мл эмульсола приготовителя "МиниМакс-102-В"). В отличии от рабочей эмульсии, в свежеприготовленной эмульсии в лабораторных условиях, механические примеси отсутствовали.

Таблица 1

Результаты анализа рабочей эмульсии (СОЖ) подаваемой на стан 2500 холодной прокатки

Параметр	Значение
Температура, °С	50
Механические примеси, мг/дм³	146
рН	7,5
Щелочность	2,5
Биопоражение	0
Общее содержание масел, %	0,86
Содержание эмульгированных масел, %	0,71
Коррозионное действие	отсутствует

Для определения вязкости использовался вискозиметр ВПЖ-2 с диаметром капилляра - 0,99 мм, постоянная (К) которого 0,1006. Время истечения рабочей эмульсии составило 9 с, а свежеприготовленной 8 с, при точной сходимости (одинаковый результат по трем испытаниям).

Подставив значения в формулу (1), получим:

- для рабочей эмульсии

- для свежеприготовленной эмульсии

Таким образом, с увеличением содержания механических примесей в рабочей эмульсии (СОЖ) повышается вязкость эмульсии. С одной стороны, с учетом того, что основной размер механических примесей около 5 мкм, это приводит к снижению коэффициента трения и нагрузок в прокатной клети. Но с другой стороны, твердые частицы, попадая в зону трения, играют роль шипов, ужесточая механическое зацепление, что приводит к увеличению коэффициента трения.

Вязкость масляных смесей

Вязкость масляных смесей не подчиняется закону аддетивности. Теоретически вязкость смеси двух масел определяют с помощью специальных номограмм или формул / 1 , 2 /.

Расчет вязкости смеси:

(3)

где n_i - кинематическая вязкость i-го компонента,
q_i - количество i-го компонента,
k - поправочный коэффициент из табл.2.
Dv₁-v₂ - разность кинематической вязкости n₁ и n₂.

Таблица 2

Определение поправочного коэффициента для расчета вязкости смеси

	Преобладает меньшая вязкость				Преобладает большая вязкость
	90/10	80/20	70/30	60/40	50/50	40/60	30/20	20/80	10/90
k	6,7	13,1	17,9	22,1	25,5	27,9	28,2	25	17

Влияние давления на вязкость

Вязкость масла в значительной степени зависит от давления. Это имеет особое значение при больших удельных нагрузках и высоком давлением в узлах трения. Требуемый уровень вязкости в рабочих условиях положительно сказывается на смазывающих свойствах масла: между трущимися поверхностями создается прочный смазочный слой. Зависимость вязкости от давления выражается уравнением / 5 /:

(4)

где h_р и h₀ - динамическая вязкость при давлении p и атмосферном давлении, ПаЧс;
e - основание натуральных логарифмов;
a - пьезокоэффициент вязкости, Па^-1Чс^-1 (для нефтяных масел лежит в пределах 0,001-0,004).

При высоком давлении вязкость может возрасти настолько, что масло потеряет свойства жидкости и превратится в квазипластичное тело. При давлении более 10¹⁵ Па минеральное масло превращается в твердое тело. При снятии нагрузки первоначальная вязкость восстанавливается. Вязкость масел при всех температурах с увеличением давления растет неодинаково и тем значительнее, чем выше давление и ниже температура / 5 /.

Индекс вязкости (ИВ)

Индекс вязкости характеризует вязкостно-температурные свойства масел. Для перевода одних единиц вязкости в другие, для расчета вязкости смеси смазочных масел и для расчета изменения вязкости от температуры или определения индекса вязкости масел следует пользоваться соответствующими формулами, номограммами, таблицами и графиками / 1, 6 /. ГОСТ 25371-82 и стандарт СЭВ 2386-80 устанавливает два метода расчета ИВ смазочных масел по кинематической вязкости при 40 и 100°С, там же даны формулы и таблицы для определения ИВ. Индекс вязкости 85 и выше указывает на хорошие вязкостно-температурные свойства / 5 /.

Библиографический список:

Справочник по применению и нормам расхода смазочных материалов. 4-е изд. /Под ред. Эминова Е.А. -М.: Химия, 1977. 787 с. [Возврат]
Эвентова М.С. Краткое руководство по практическим занятиям по смазочным маслам. М.: Изд. МГУ, 1961. 131 с. [Возврат]
Индустриальные смазочные материалы / М. Биллит, пер. с англ, под ред. Л.А. Кондакова М.: Машиностроение. - 1982. 134 с. [Возврат]
Трение и смазки при обработке металлов давлением: Справочник /Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. // М.: Металлургия. - 1982. 312 с. [подробнее] [Возврат]
Топлива и смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочное издание / К.М. Бадыштова, Л.А. Берштадт, Ш.К. Богданов, Т.И. Богданова, С.Б. Барщевский и др.; под ред. В.М. Школьникова // М.: Химия. - 1989. 432 с. [подробнее]
Трение, изнашивание и смазка /Справочник под ред. И.В. Каргельского и В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. 757 с. Кн. 1, гл. 9, с. 254-270. [Возврат]

Наверх