Способ определения оставшегося срока службы смазочного масла и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способам определения срока службы смазочных и гидравлических масел. Сущность: сначала определяют период индукции τ_o хемилюминесцентного излучения (ХЛИ) свежего масла той же марки. Для этого нагревают масло до t = (0,6 - 1,2) - t_всп, где t_всп - температура вспышки масла в открытом тигле, в момент достижения температуры t начинают регистрировать интенсивность ХЛИ, регистрируют ее до момента возрастания в n= 4 - 10 раз по сравнению с интенсивностью в первые 1 - 3 мин регистрации, после чего регистрацию прекращают, а период времени от начала до конца регистрации принимают за период индукции τ_o ХЛИ свежего масла. Затем определяют период индукции τ_H масла с предшествующей наработкой Т_н, оставшийся срок службы которого необходимо определить, и определяют оставшийся срок службы Т_э масла. Устройство содержит светонепроницаемую камеру с испытательным сосудом для масла, находящимся в сосуде с легкоплавким сплавом, нагревательный элемент, терморегулятор, термопару, соединенный с ней показывающий температуру прибор, светопровод, светонепроницаемую камеру с фотоэлектронным умножителем, блок его питания, усилитель тока фотоэлектронного умножителя, блок индикации и блок обработки информации. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. 2 табл.

Изобретение относится к способам определения срока службы смазочных материалов, рабочих жидкостей гидросистем и их идентификации и может применяться во всех областях техники, где они используются.

Известен способ определения термоокислительной стабильности (ТОС) смазочного масла, в процессе которого 100 мл масла нагревают до 70 - 130^oC и регистрируют степень изменения оптической плотности, после чего по количеству отложений на испытательном сосуде и изменению физико-химических свойств масла определяют его ТОС [1].

Применение этого способа для определения срока службы смазочного масла требует значительных затрат времени, большого количества масла и разнообразного оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения количества антиокислительной присадки (АОП) в углеводородной жидкости путем нагрева ее пробы при свободном доступе воздуха до 50 - 90^oC и регистрации возникающего при этом хемилюмисцентного излучения (ХЛИ) [2].

Однако применение этого способа не позволяет определить оставшийся срок службы смазочного масла.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение области применения известного способа.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, в процессе которого отмеряют пробу масла, нагревают его при свободном доступе воздуха и регистрируют интенсивность ХЛИ масла, согласно изобретению предварительно определяют период индукции τ₀ свежего неработавшего масла той же марки, упомянутую пробу отмеряют в количестве m = 0,003 - 0,5 г при условии, что толщина слоя масла в испытательном сосуде должна составлять h = 0,14 - 1,7 мм, упомянутый нагрев производят до температуры t = (0,6 - 1,2) · t_всп., где t_всп. - температура вспышки масла в открытом тигле, упомянутую регистрацию ХЛИ производят от момента достижения заданной температуры t до момента возрастания его интенсивности в n = 4 - 10 раз по сравнению с интенсивностью в первые 1 - 3 мин регистрации, после чего регистрацию прекращают, период времени от начала до конца регистрации принимают за период индукции τ₀ ХЛИ свежего масла, затем определяют период индукции τ_н масла с предшествующей наработкой T_н, оставшийся срок службы T_э которого необходимо определить, для чего измеряют такое же количество m г этого масла при условии, что толщина слоя масла в испытательное сосуде должна составлять такую же величину h, нагревают масло до такой же температуры t, в момент достижения заданной температуры t начинают регистрировать ХЛИ, регистрируют его до момента возрастания интенсивности в такое же количество n раз по сравнению с интенсивностью ХЛИ свежего масла в те же первые 1 - 3 мин регистрации, после чего регистрацию прекращают, период времени от начала до конца регистрации принимают за период индукции τ_н ХЛИ масла с наработкой T_н и по формуле определяют оставшийся срок службы T_э масла.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа со способом-прототипом [2] показал следующее (см. табл. 1). Предлагаемый способ содержит необходимые действия над материальным объектом - смазочным маслом (Д/О) в числе своих ограничительных признаков (признаки (3), (6) и (9)) и своих отличительных признаков (признаки (4), (7), (10) и 16(). Cледовательно, он в принципе относится к виду охраноспособных способов и соответствует критерию "новизна".

Структура этого решения по указанным номерам признаков выражается в виде: (1), (3), (6), (9), (12), отличающийся (2), (4), (7), (10), (13), (15), (16), (17), (18).

Следовательно, этот способ по выбранному прототипу [2] критерию "новизна" соответствует в объеме заявляемой формулы изобретения.

Для исследования изобретательского уровня предложения его отличительные признаки целесообразно рассмотреть в трех группах.

Использование признаков 3, 6 и 12 известно по другим способам. Сам по себе известен признак 7, однако ни в одном из известных способов определения срока службы смазочного масла этот признак не используется, т.е. в предлагаемом способе он проявляет новое свойство - расширяет область применения известного способа. Использование признака 9 частично известно (например Присадки к смазочным маслам, Баку, 1967, с. 251 -253). Использование признаков 2, 4, 10, 13, 15, 16, 17, 18 в других способах по легальным источникам неизвестно.

Поскольку использование признаков 2, 4, 10, 13, 15, 16, 17 и 18 в способах определения оставшегося срока службы смазочного масла вообще не известно, а использование признака 7 в предлагаемом способе создает новое свойство, указанное решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Известно устройство для оценки ТОС масел, содержащих сосуд для окисления масла с кожухом и нагревателем, термопару, системы циркуляции масла и регистрации степени изменения его оптической плотности [1].

Применение этого устройства для определения оставшегося срока службы смазочного масла требует значительных затрат времени, большого количества масла и дополнительного разнообразного оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для регистрации ХЛИ, содержащее светопроницаемую камеру с исполнительным сосудом для исследуемого вещества, светопровод, светопроницаемую камеру с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), соединенный с входом ФЭУ блок питания, соединенный с выходом ФЭУ усилитель и соединенный с выходом усилителя блок индикации [2].

Однако с помощью этого устройства невозможно определить оставшийся срок службы смазочного масла, так как оно не содержит системы подогрева масла, без которого в нем не возникает ХЛИ, достаточного для регистрации уровня, и не происходит расходования присадок.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение области применения известного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство [2], содержащее светопроницаемую камеру с испытательным сосудом для смазочного масла, светопровод, светонепроницаемую камеру с ФЭУ, соединенный с входом ФЭУ блок питания, соединенный с выходом ФЭУ усилитель и соединенный с выходом усилителя блок индикации, согласно изобретению дополнительно содержит сосуд с легкоплавким сплавом, в котором находится упомянутый испытательный сосуд для смазочного масла, нагревательный элемент сосуда с легкоплавким сплавом, терморегулятор, термопару, показывающий температуру прибор, соединенный с термопарой, а также соединенный с выходом упомянутого блока индикации блок обработки информации.

Следовательно, указанное решение соответствует критерию "новизна".

Для исследования соответствия решения критерию "изобретательский уровень" его отличительные признаки целесообразно рассмотреть порознь. Использование каждого из них по тому же назначению порознь широко известно, в том числе и в аппаратуре для электрических измерений. Однако в сочетании с ограничительными признаками они реализуют неизвестный ранее алгоритм определения оставшегося срока службы смазочного масла по предлагаемому способу и тем самым проявляют заведомо новое сверхсуммарное свойство - расширение области применения устройства за счет появления возможности определения оставшегося срока службы смазочного масла. Поэтому указанное решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое устройство предназначено специально для осуществления предлагаемого способа. По сравнению с иными средствами оно позволяет реализовать этот способ наиболее эффективно, поэтому оно заявляется самостоятельно.

На фиг. 1 показан характер зависимости интенсивности ХЛИ от времени выдержки при температуре t для свежего и работающего масел ИПМ-10; на фиг. 2 - схема предлагаемого устройства.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом (общий пример способа).

Предварительно определяют период индукции τ₀ ХЛИ свежего масла той же марки, оставшийся срок службы которого необходимо определить. Для этого отмеряют m = 0,003 - 0,5 г масла с условием, что толщина слоя масла в испытательном сосуде должна быть равно h = 0,1 - 1,7 мм, нагревают его при свободном доступе воздуха до температуры t = (0,6 - 1,2) · t_всп. и от момента достижения заданной температуры t регистрируют ХЛИ до момента возрастания его интенсивности в n = 4 - 10 раз, по сравнению с интенсивностью в первые 1 - 3 мин регистрации. После этого регистрацию прекращают, а период времени от начала до конца регистрации принимают за период индукции τ₀ ХЛИ свежего масла.

Затем таким же образом определяют период индукции τ_н масла с предшествующей наработкой T_н, оставшийся срок службы которого T_э необходимо определить. Для этого измеряют такое же количество m г этого масла выполнением того же условия по толщине h, нагревают его при свободном доступе воздуха до той же температуры t и от момента достижения заданной температуры t регистрируют ХЛИ до момента возрастания его интенсивности в те же n раз по сравнению с интенсивностью ХЛИ свежего масла в те же первые 1 - 3 мин регистрации, после чего регистрацию прекращают. Период времени от начала до конца регистрации принимают за период индукции τ_н ХЛИ масла с наработкой T_н. Затем по формуле определяют оставшийся срок службы T_э смазочного масла.

Физико-химическая сущность происходящих при этом процессов впервые установлена в исследованиях заявителя и основана на использовании закономерности, заключающейся в очень слабом изменении ХЛИ масла, пока концентрация присадки в нем выше 0,03 - 0,06 мас.% (при температуре 200^oC) и резком, ступенчатом возрастании излучения, если концентрация достигает указанного уровня или становится меньше него. Такая зависимость ХЛИ от времени испытаний и концентрации АОП является универсальной, характерной для любых масел и АОП как одиночных, так и их композиций. Также впервые в исследованиях заявителя установлено влияние на эту закономерность свойств основы масла, совместное влияние пакета присадок, влияние температуры, тушение ХЛИ различными воздействиями, а также изучены индивидуальные особенности ХЛИ всех основных сортов авиационных, автомобильных и гидравлических масел.

Существенность признаков предлагаемых значений параметров операций способа для достижения цели изобретения впервые установлена заявителем в его исследованиях и объясняется следующим.

При уменьшении количества m пробы масла менее 0,003 г и толщины слоя масла в испытательном сосуде h менее 0,1 мм возникает значительная погрешность в определении T_э ввиду значительного сокращения величин τ₀ и τ_н . при увеличении m более 0,5 г и толщины слоя масла в сосуде h более 1,7 мм также возникает значительная погрешность в определении T_э ввиду преобладания процесса окисления только поверхностного слоя масла.

При нагреве пробы масла до температуры t ниже 0,6 · t_всп значительно возрастает период индукции масла и возникают значительные трудности в регистрации ХЛИ ввиду значительного уменьшения его интенсивности. Нагревать масло до температуры свыше 1,2 · t_всп нецелесообразно ввиду значительного возрастания погрешности измерения T_э вследствие увеличения интенсивности испарения масла и значительного сокращения его периода индукции.

Прекращение регистрации ХЛИ масла при возрастании его интенсивности менее чем в 4 раза может привести к погрешности определения периода индукции за счет возможной флуктуации величины интенсивности ХЛИ, а увеличить n более 10 раз нецелесообразно ввиду неоправданного увеличения времени испытания.

Уменьшение базы сравнения интенсивности ХЛИ менее одной мин регистрации ХЛИ приводит к погрешности ее определения ввиду возможности возникновения неустановившегося процесса окисления, а увеличение этой базы более трех мин нецелесообразно, так как в соответствии с экспериментальными данными процесс окисления приобретает установившийся характер для всех масел до истечения 1 мин с момента начала регистрации ХЛИ.

Предлагаемый способ может быть реализован также с помощью предлагаемого устройства (частный пример способа).

Это устройство содержит (фиг. 2) светонепроницаемую камеру 14 с испытательным сосудом 2 для смазочного масла, находящимся в сосуде 3 с легкоплавким сплавом, нагревательный элемент 4, терморегулятор 5, термопару 6, соединенный с ней показывающий температуру прибор 7, светопровод 8, светонепроницаемую камеру 9 с ФЭУ 10, блок его питания 11, усилитель тока ФЭУ 12, блок индикации 13 и блок обработки информации 14.

Устройство при осуществлении способа функционирует следующим образом.

Сначала в испытательный сосуд 2 помещают пробу свежего смазочного масла, включают нагревательный элемент 7 и с помощью термопары 6, показывающего температуру прибора 7 и терморегулятора 5 устанавливают необходимую температуру легкоплавкого сплава в сосуде 3, а следовательно и смазочного масла в сосуде 2. Такая конструкция при расплавлении легкоплавкого сплава, в качестве которого может использоваться, например, сплав Вуда с температурой плавления 70 - 80^oC, обеспечивает 100%-ю поверхность контакта сосудов 2 и 3, что исключает потери энергии при теплопередаче и обеспечивает объемный прогрев испытуемого масла в сосуде 2. В момент достижения заданной температуры с помощью блока индикации 1113 начинают регистрировать интенсивность ХЛИ масла. Регистрацию прекращают в момент возрастания интенсивности ХЛИ в 4 - 10 раз по сравнению с интенсивностью в первые 1 - 3 мин регистрации. Период времени от начала до конца регистрации принимают за период индукции τ₀ ХЛИ свежего масла.

После этого таким же образом определяют период индукции τ_н масла с предшествующей наработкой T_н. При этом регистрацию прекращают при возрастании интенсивности ХЛИ этого масла в 4-10 раз по сравнению с интенсивностью ХЛИ свежего масла в первые 1 - 3 мин регистрации. По показаниям блока индикации 13 период времени от начала до конца регистрации принимают за период индикации τ_н ХЛИ масла с наработкой T_н. По полученным значениям величин τ₀,τ_н и T_н блок обработки информации по приведенной ранее формуле вычисляет оставшийся срок службы T_э масла.

Количественные примеры.

Пример 1. Определяли оставшийся срой службы авиационного синтетического масла ИПМ-10 ОСТ 38.01294-83, имеющего t_всп = 190^oC с наработкой в авиационном двигателе T_н = 159 ч. Периоды индукции τ₀ и τ_н определяли, помещая 0,25 г масла и испытательный сосуд предлагаемого устройства. Толщина слоя масла в этом сосуде составила 0,9 мм. Сосуд подогревали при свободном доступе воздуха до температуры = 0,9 · t_всп = 171^oC. Интенсивность ХЛИ регистрировали до момента возрастания ее в 7 раз по сравнению с интенсивностью в первые 2 мин регистрации. По результату испытаний τ₀ составил 31 мин, τ_н = 21 мин. Блок обработки информации вычислял оставшийся срок службы этого масла в двигателе: Пример 2. Определяли оставшийся срок службы автомобильного нефтяного масла М-8Г₂ ГОСТ 8581-78, имеющего t_всп = 200^oC с наработкой в двигателе автомобиля T_н = 320 ч. Периоды индукции τ₀ и τ_н определяли, помещая 0,25 г масла в сосуд предлагаемого устройства. Толщина слоя масла составила 0,9 мм. Сосуд подогревали при свободном доступе воздуха до температуры t = 0,9 · t_всп = 180^oC. Интенсивность ХЛИ регистрировали до момента возрастания ее в 7 раз по сравнению с интенсивностью в первые 2 мин регистрации. По результатам испытаний τ₀ = 36 мин, τ_н = 24 мин. По вышеприведенной формуле блок обработки информации вычислил оставшийся срок службы этого масла в двигателе T_э = 496 ч.

Пример 3. Определяли оставшийся срок службы масла для гидравлических систем 7-50С-3 ГОСТ 20734-75, имеющего t_всп = 190^oC с наработкой в гидросистеме самолета T_н = 280 ч. Сосуд с пробами свежего и отработавшего масел подогревали при свободном доступе воздуха до температуры t = 0,9 · t_всп = 171^oC. Остальные параметры операций были идентичны примеру 1. По результатам испытаний τ₀ = 25 мин, τ_н = 18 мин, T_э = 570 ч.

Для иллюстрации и подтверждения возможности получения технического результата в заявленных интервалах параметров операций и отсутствии результата за пределами заявленных параметров операций была проведена серия опытов по определению оставшегося срока службы авиационного синтетического масла ИПМ-10 с наработкой в двигателе Т_н = 159 ч пятью способами (см. табл. 2): способы 2 - 4 с параметрами операций по границам и в середине заявляемых диапазонов, причем способ 3 описан выше в примере 1, способ 1 в табл. 2 с параметрами операций ниже нижних заявляемых пределов, а способ 5 - выше верхних заявляемых пределов.

Таким образом, применение предлагаемого способа и устройства по сравнению с прототипом [2] расширяет область применения способа и устройства за счет обеспечения возможности определения оставшегося срока службы смазочного масла. Выход за заявляемые параметры осуществления способа исключает возможность правильного определения T_э. Кроме того, по сравнению с другими известными способами определения T_э предлагаемые способ и устройство имеют более высокую достоверность, так как учитывают реальные условия работы каждого конкретного агрегата (температурный режим, нагрузки, доливы свежего масла, изношенность).

Формула изобретения

1. Способ определения оставшегося срока службы смазочного масла, в процессе которого отмеряют пробу масла, нагревают его при свободном доступе воздуха и регистрируют интенсивность хемилюминесцентного излучения (ХЛИ) масла, отличающийся тем, что предварительно определяют период индукции τ₀ свежего неработавшего масла той же марки, пробу отмеряют в количестве m = 0,003 - 0,5 г при условии, что толщина слоя масла в испытательном сосуде должна составлять h = 0,1 - 1,7 мм, нагрев производят до температуры t = (0,6 - 1,2) · t_всп, где t_всп - температура вспышки масла в открытом тигле, регистрацию ХЛИ производят от момента достижения заданной температуры t до момента возрастания его интенсивности в n = 4 - 10 раз по сравнению с интенсивностью в первые 1 - 3 мин регистрации, после чего регистрацию прекращают, период времени от начала до конца регистрации принимают за период индукции τ₀ ХЛИ свежего масла, затем определяют период индукции τ_н масла с предшествующей наработкой Т_н, оставшийся срок службы Т_э которого необходимо определить, для чего отмеряют такое же количество m г этого масла при условии, что толщина слоя масла в испытательном сосуде должна составлять такую же величину h, нагревают масло до такой же температуры t, в момент достижения заданной температуры t начинают регистрировать ХЛИ, регистрируют его до момента возрастания интенсивности в такое же количество n раз по сравнению с интенсивностью ХЛИ свежего масла в те же первые 1 - 3 мин регистрации, после чего регистрацию прекращают, период времени от начала до конца регистрации принимают за период индукции τ_н ХЛИ масла с наработкой Т_н и по формуле определяют оставшийся срок службы Т_э масла.

2. Устройство для определения оставшегося срока службы смазочного масла, содержащее светонепроницаемую камеру с испытательным сосудом для смазочного масла, светопровод, светонепроницаемую камеру с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), соединенный с входом ФЭУ блок питания, соединенный с выходом ФЭУ усилитель и соединенный с выходом усилителя блок индикации, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит сосуд с легкоплавким сплавом, в котором находится сосуд для смазочного масла, нагревательный элемент сосуда с легкоплавким сплавом, терморегулятор, термопару, соединенный с ней показывающий температуру прибор, а также соединенный с выходом блока индикации блок обработки информации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4