Зависимость вязкости масел от температуры

Способы оценки вязкостно-темлературных свойств минеральных масел

Первые систематические работы по вискозиметрии смазочных масел, проведенные Н. П. Петровым , показали, что вязкость минеральных масел в очень сильной степени зависит от температуры. При снижении температуры от 100° до нуля вязкость возрастает в 102— 103 раз (табл. 34). Чем ниже температура, тем больше температурная зависимость вязкости; например, если у

1 Мицеллярную вязкость vtQ следует отличать от аномальной, так как в обычных условиях она является ньютоновской вязкостью.

исследованного нами образца авиационного масла МК

зависимость вязкости различных масел неодинакова (фиг. 73).

Параметр, характеризующий зависимость вязкости от температуры, является не менее важным показателем свойств масел, чем величина вязкости. Его значение особенно велико для оценки моторных масел. Неоднократно делались попытки классифицировать автомобильные и авиационные масла по величине такого показателя.

Для практического применения этот параметр должен быть чувствительным к изменению температурной зависимости вязкости. Кроме того, он должен охватывать широкий интервал температур, соответствующий температурам транспортирования и эксплуатации масел, и быть пригодным для всех видов масел, в том числе синтетических и масел с присадками. Ясный физический смысл и удобство измерения также определяют его ценность.

В настоящее время, однако, еще не разработан параметр, который удовлетворял бы в полной мере всем этим требованиям. Для этой цели не могут быть использованы постоянные существующих теоретически обоснованных уравнений, связывающих вязкость с температурой , так как ниже 100—150° масла им не подчиняются . Другая трудность разработки параметра для характеристики температурной зависимости вязкости масел заключается в изменении этой зависимости с температурой.

Предложенные параметры условно можно разделить на три группы: 1) технические, 2) основанные на эмпирических уравнениях температурной зависимости вязкости, 3) прямые, усредненные показатели пологости вязкостно-температурной кривой.

Технические параметры вязкостно-температурных свойств масел. Технические параметры построены на сравнении исследуемого масла с другими, выбранными в качестве эталона. Наиболее известным из них является так называемый индекс вязкости Дина и Дэвиса.

В основу системы индексов Дина и Дэвиса положены вязкостно-температурные свойства двух серий масел. Первая серия, обозначенная буквой Я, получена из высококачественной нефти. Ее индекс вязкости условно принят за 100. Вторая серия, обозначенная буквой L, получена из нефти с плохими вязкостно-температурными свойствами. Ее индекс вязкости принят за нуль.

Вязкость масел обеих серий определена при 98,9° С (210° F) и 37,8° С (100° F) и выражена в секундах Сейболта универсального.

где ИВ—индекс вязкости; N—вязкость исследуемого масла при 37,8°, выраженная также в секундах Сейболта универсального; L и Я —вязкость масел соответствующих серий при 37,8°, имеющих при 98,9° ту же вязкость, что и исследуемое масло.

В СССР вязкость минеральных масел в большинстве случаев определяется при 50° и 100° и выражается в сантистоксах или, реже, в градусах Энглера. Для перевода значения в секунды Сейболта универсального пользуются формулами, приведенными на стр. 60, а экстраполяция вязкости при 37,8° и 98,9° производится с помощью номограммы, построенной Е. Г. Семенидо (см. фиг. 66). Индекс вязкости может быть найден и непосредственно с помощью номограммы Доксея. Более подробно способы вычисления индексов вязкости рассмотрены в брошюре Г. В. Медведева .

Как видно из формулы (VI, 10), при вычислении индекса вязкости по Дину и Дэвису сравнивается нарастание вязкости при снижении температуры от 98,9е до 37,8° у исследуемого масла с высокоиндексным и низкоиндексным маслами, имеющими одинаковую с этим маслом вязкость при 98,9°.

Детальный анализ индекса вязкости Дина и Дэвиса недавно дан Г. В. Виноградовым . На графике, где на оси абсцисс отложена вязкость масел при 98,9°, а на оси ординат —вязкость масел при 37,8° (фиг. 74), значения вязкости всех масел образуют совокупность точек, вытянутую слева направо и снизу вверх. Точки, расположенные в нижней и правой части графика, соответствуют низкокачественным маслам, а в верхней и левой — высококачественным маслам. Очевидно, кривые, проходящие через точки

с одинаковым отношением ——, соединяют точки, соответству-

v 37,8

ющие маслам с одинаковой пологостью вязкостно-температурной кривой. Две такие кривые, ограничивающие точки для наиболее распространенных во время составления системы масел, приняты в качестве основы для индексикации. Верхняя из них отвечает маслам серии Н, нижняя — серии L.

В США система индексов вязкости стандартизована и величина индекса принимается как основной показатель качества масел. Считается, что величина индекса может служить показателем происхомдо-ния, а следовательно, и

состава масел; например Дин и Девис , а также Арчбют и Дилей приводят следующие значения индексов для масел из различных американских нефтей: с побережья Мексиканского залива—0, колумбийская—40, восточно-тексасская—60, мид-континентская — 80, пенсильванская —100.

Прямые опыты показывают, что никакой связи между происхождением масел и величиной индекса нет (табл. 35), и этот показатель не может служить для классификации масел. М. М. Кусаков отметил, что для характеристики вязкостно-температурных свойств масел необходимо иметь по крайней мере два независимых показателя: величину (уровень) вязкости и показатель пологости вязкостно-температурной кривой. Попытка объединить эти два показателя в один привела к тому, что величина индекса не только сильно различается у масел одного происхождения, но и меняется незакономерно с увеличением вязкости масла (табл. 35).

Индексы вязкости не отражают хода вязкостно-температурной кривой ниже 38°. Между тем этот участок важен для характеристики поведения моторных масел при холодном запуске двигателей и включает рабочие температуры многих индустриальных масел. Масла, обладающие близкой вязкостью при 50 или 100° и одинаковым индексом вязкости, могут иметь различные вязкостно-температурные свойства при комнатных и более низких температурах.

К существенным недостаткам индексов вязкости Дина и Дэвиса следует также отнести произвольный выбор эталонных масел. Уже сейчас многие масла не укладываются в границу выбранной системы. Появились индивидуальные углеводороды и масла с индексом вязкости —390 и +151 . Цена пункта индекса при различных его значениях неодинакова. Это видно, в частности, из того, что кривые ИВ = 100 и ИВ = 0 на фиг. 74 расходятся и имеют различную кривизну.

Наконец, вычисление индекса требует значительного времени, а номограммы Доксея могут привести к ошибкам, достигающим в неблагоприятных случаях 10 пунктов. Как показал Г. В. Виноградов , индексами вязкости можно пользоваться для сравнения пологости вязкостно-температурной кривой масел, обладающих одинаковой или по крайней мере близкой вязкостью при какой-либо температуре между 38 и 99°. Однако для этой цели с одинаковым успехом можно применить прямые и более простые показатели, о которых речь будет итти ниже. Все же индексы вязкости пока еще сохраняют некоторое значение при сравнении масел, особенно при оценке способов улучшения их вязкостно -температурных свойств, так как в этой области накоплено много данных.

Технические параметры Ларсона и Шведерера, Белла и Шарпа и другие мало распространены и не обладают какими-либо существенными преимуществами по сравнению с индексами вязкости Дина и Дэвиса.