Дослідження забруднення моторних масел та способів його очищення (стр. 3 из 4)
- щільність часток;W – кутова швидкість обертання ротора центрифуги;
R – радіус обертання.
Після підстановки чисельних значень формула (1.2) прийме більше простий вид
Тонкість очищення для високошвидкісних центрифуг (для неорганічних часток) досягає I мкм. Тому при використанні високошвидкісних центрифуг у маслі залишаються органічні забруднення, що викликають утворення лаків і нагару у двигуні. Ультрацентрифуги виділяють практично всієї мікродомішки, однак складність у їхньому виготовленні обмежує їхнє застосування для масового очищення масла. Вони одержали поширення як лабораторні установки для дослідження забруднення масла.
Для очищення масел застосовуються також різні типи фільтрів. По способі поділу забруднюючих домішок вони діляться на поверхневі й глибинні /5/.
Класифікація фільтруючих елементів наведена на мал. 6
Рис. 6 Класифікація фільтруючих елементів
Поверхневі фільтри затримують частки дисперсної фази на поверхні фільтруючого елемента. Такі фільтри діють як сито, тобто затримують тільки ті частки, лінійні розміри яких більше розмірів граничних каналів фільтруючого елемента.
Для фільтрації масла застосовуються наступні типи фільтрів: сітчасті, щілинні, матер'яні, картонні, паперові.
Сітчасті фільтри, що представляють собою металеву сітку, застосовуються як фільтри попереднього очищення. Тонкість очищення становить 20-200 мкм. Недоліком цих фільтрів є невисока тонкість очищення.
Щілинні фільтри застосовуються як фільтри грубого очищення. Тонкість очищення коливається в межах 20-125 мкм. Тонкість очищення матер'яних фільтрів становить 8-50 мкм, під час роботи вони втрачають свої механічні властивості під дією кислотних речовин, що перебувають у маслі. Гідравлічний опір таких фільтрів росте в міру забивання пор.
Тонкість очищення картонних фільтрів становить 1-50 мкм. Недоліком їх є недостатній ступінь очищення й неможливість їхньої регенерації, низькі механічні властивості. Аналогічні недоліки властиві й паперові фільтри. Крім того вони можуть працювати лише у вузькому діапазоні температур. Глибинні фільтри, маючи фільтруючі елементи значної товщини, затримують частки забруднень не тільки на поверхні, але й у товщі фільтроелемента. У фільтрів цього типу площа входу рідини відносно невелика.
Розрізняють наступні типи глибинних фільтрів: з волокнистих і зернистих матеріалів; керамічні; металокерамічні; з пористих синтетичних матеріалів.
Фільтри з волокнистих і зернистих матеріалів виготовляють у вигляді ємностей із тканини або металу, наповнених фільтруючим матеріалом. Тонкість очищення цих фільтрів низька й становить 12-30 мкм.
Керамічні фільтри виготовляють із пористої кераміки. Тонкість фільтрації залежить від розмірів зерен наповнювача й становить 0,1-100 мкм. Недоліком їх є можливість вимивання потоком рідини абразивних часток матеріалу. Металокерамічні фільтри виготовляють методами порошкової металургії з металевих, металокерамічних і синтетичних порошків. Залежно від розміру часток порошку й технології виготовлення їхня тонкість фільтрації становить 0,1-100 мкм. Ці фільтри відрізняються високою механічною міцністю, термостійкістю. Їх можна відновлювати методом протипотока.
Значення мікрофільтрації в загальному технологічному процесі регенерації моторних масел
Процес мікрофільтрації в раді існуючих технологій регенерації моторних масел є основним.
Так французькою фірмою «Готаль» розроблений спосіб регенерації відпрацьованих масел 'Тежелюб".
Масло спочатку піддається відцентровому очищенню від грубо дисперсних механічних домішок і вільної води, потім або нагрівається з метою видалення води й легко кип'ячих фракцій, що потрапили в масло при його експлуатації (бензин, дизельне паливо, розчинники й ін.). Далі виробляється обробка масла, і домішки знищуються, а диспергування в маслі речовини, в основному метали, осаджуються у вигляді масляного шламу й віддаляються за допомогою повторного центрифугування. Потім масло піддається мікрофільтрації через пористі фільтруючі елементи, виконані у вигляді порожніх керамічних циліндрів і температуру понад 300°С, при тиску 2 МПа.
При мікрофільтрації масло очищається від смолистих речовин, асфальтенов, лаків, нагару й т.п. Осідаючі на пористій поверхні частки постійно віддаляються з поверхні потоком масла, створеним відцентровим насосом, що включений у циркуляційний контур. Продуктивність мікрофільтрації залежить від тиску в системі й температури масла.
Після мікрофільтрації масло надходить у нагрівальний пристрій і реактор, де піддається каталітичної гідрогенезації. При цьому виділяється крекінг-газ, що може бути використаний при спалюванні в трубчастих печах установки, а важкі вуглеводні гідрируються. Розгін отриманого масла під вакуумом з метою поділу його на три фракції по в'язкості є останньою стадією процесу регенерації. Масло, отримане в результаті такої обробки, подібно свіжим маслам і може використатися без обмежень.
Кількість відновленого масла з вихідної сировини може перевищувати 70%.
Японська фірма «Каваками» розробила автоматичну установку для тонкого очищення масла. Установка підключається до масляної системи й очищає масло з тонкістю 0,02-0,1 мкм за допомогою мембранних фільтруючих матеріалів. Відмінною рисою установки є можливість зміни руху потоку масла, що очищає, що дозволяє промивати фільтруючий елемент, тим самим збільшуючи строк його служби. Промивання елемента здійснюється 60-90 сек. з інтервалом 1-2 години. Випускається кілька типів таких установок. Продуктивність залежить від в'язкості масла, що очищає, кількості фільтроелементів в установці. Пропускна здатність одного фільтроелемента становить 10-15 л/г.
Основним призначенням мікрофільтрації є видалення високодисперсних продуктів окислювання масла й інших механічних домішок розміром від 0,2 мкм і вище з метою підвищення стабільності регенерованих масел. Мікрофільтрація може входити в технологічний процес регенерації масла як основна операція, так і в сполученні з іншими операціями.
Сполучення мікрофільтрації з попередніми операціями регенерації масел (видалення води, паливних фракцій, грубодисперсних домішок) дозволяє одержати високоякісні масло.
Аналіз виконаних робіт і завдання дослідження
У сучасних умовах питання раціональної й ощадливої витрати нафтопродуктів представляють досить більше народногосподарське завдання, рішення якого дозволить зберегти сотні тисяч тонн різних видів нафтопродуктів на багато мільйонів рублів.
Дослідження показують, що надійність, довговічність автотракторної техніки, а також стабільність енергетичних і економічних показників машин у значній мірі залежать від якості використовуваних нафтопродуктів, що у свою чергу обумовлює не тільки фізико-хімічними показниками, але й наявністю в них різних забруднень і сторонніх домішок.
Наприклад, зношування деталей двигунів внутрішнього згоряння залежить від безлічі конструкторсько-технологічних і експлуатаційних факторів.
Однак головним фактором, що викликає зношування деталей двигуна особливо працюючих у сфері запиленого повітря, є абразивні частки забруднень, що надходять у двигун з повітрям, паливом і маслами. Частка абразивного зношування деталей циліндро-поршневої групи тракторних двигунів у загальному експлуатаційному зношуванні становить близько 80-90%. Б результаті абразивного зношування автотракторних двигунів народне господарство несе величезний матеріальний збиток.
Процес зношування деталей неухильно веде до зміни технічного стану й працездатності двигунів, вузлів і механізмів техніки, тому проблема зменшення забруднення й збереження чистоти нафтопродуктів і підвищення тим самим надійності й довговічності вузлів і деталей здобуває головне значення.
Вивченню питань, пов'язаних із впливом забрудненого моторного масла на надійність і довговічність пар тертя присвячений ряд робіт Григор'єва М.А. /23,21/, Пономарева Н.Н. /24/, Рибакова К.В. /4, 7, 25, 26/, Лишко Г.П. /27/, Топиліна Г.Е. /19, 20/ і ряди інших дослідників /28, 29, 30, 31/.
Наявність механічних домішок і води в нафтопродуктах приводить до виникнення цілого ряду перешкод експлуатаційного характеру й істотно знижує стабільність цих продуктів, змінює їхній хімічний склад, і в ряді випадків настільки, що подальше їхнє застосування стає неможливим.
Особливо негативну дію роблять домішці й вода на моторні масла із домішками, тому що вони сприяють випаданню в них домішок, що значною мірою знижує експлуатаційні якості масел і приводить до підвищеного зношування деталей машин і необхідності більше частої заміни масел. Велика кількість відмов у роботі автотракторної техніки, використовуваної в сільському господарстві, пов'язане із застосуванням масел знижених експлуатаційних властивостей.
Дослідженням основних джерел забруднення шторних масел присвячені роботи Рибакова К.В., Коваленко В.П., Жулдибина Е.Н., Турчанинова В.Е. /32, 14, 5/, Григор'єва М.А., Бунакова Б.М., Долецького В.А. /21, 30/ і ряду інших авторів /22, 29, 31, 33, 34, 35, 36, 37/.
Економічні витрати, зв'язані про підвищений внесок деталей машин, збільшеним витратою масла, значною кількістю відмов у роботі машин, дуже велике, тому вишукування ефективних технічних засобів очищення до відновлення масел представляє актуальне завдання.
При розробці ефективних засобів очищення масел необхідно класифікувати забруднення. Так, /40/ класифікує забруднення масла по хімічному складі й по характері процесів, що відбуваються при забрудненні. Проф. К.К. Папок.
Випнером запропонована інша класифікація забруднень, які розділяються на опади, лаки й нагари /41/. Н.Ф.Тельновим /42/ запропонована класифікація забруднень тракторів, автомобілів і сільськогосподарських машин, що охоплює всього їхнього різновиду стосовно до сільськогосподарських машин.