Файл: Учебное пособие по эксплуатационным материалам предна значено для лабораторных занятий студентов инженерного фа культета по специальностям.pdf

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГОУ ВПО «ВЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»
КАФЕДРА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
В. А. Л И Х А Н О В, Р. Р. Д Е В Е Т Ь Я Р О В
П Р О И З В О Д С Т В О
И К Л А С С И Ф И К А Ц И Я
М О Т О Р Н Ы Х М А С Е Л
КИРОВ
Вятская ГСХА
2010

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГОУ ВПО «ВЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»
КАФЕДРА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
В. А. Л И Х А Н О В, Р. Р. Д Е В Е Т Ь Я Р О В
П Р О И З В О Д С Т В О
И К Л А С С И Ф И К А Ц И Я
М О Т О Р Н Ы Х М А С Е Л
Учебное пособие
КИРОВ
Вятская ГСХА
2010

УДК 629.2
ББК 30.82 В19
Лиханов В.А., Деветьяров Р. Производство и классифика- ция моторных масел: Учебное пособие. – Киров: Вятская ГСХА,
2010. – 114 с.
Рецензенты: А.П. Акимов - директор Чебоксарского политех- нического института (филиала) Московского гос- ударственного открытого университета, заведую- щий кафедрой автомобилей и автомобильного хо- зяйства, доктор технических наук, профессор;
Л.А. Жолобов - заведующий кафедрой тракторов и автомобилей ФГОУ ВПО «Нижегородская госу- дарственная сельскохозяйственная академия», кандидат технических наук, профессор.
Пособие разработано академиком Российской Академии транспорта, доктором технических наук, профессором кафедры двигателей внутреннего сгорания Лихановым В.А. и доцентом кафедры, кандидатом технических наук Деветьяровым Р.Р.,
рассмотрено и рекомендовано к печати учебно-методической ко- миссией инженерного факультета Вятской ГСХА (протокол №3 от 10.03.2010 года).
Учебное пособие по эксплуатационным материалам предна- значено для лабораторных занятий студентов инженерного фа- культета по специальностям:
110301 - Механизация сельского хозяйства;
110304 - Технология обслуживания и ремонта машин в
АПК;
190601 - Автомобили и автомобильное хозяйство;
190603 - Сервис транспортных и технологических машин и оборудования в АП.
©
Вятская государственная сельскохозяйственная академия, 2010
©
В.А. Лиханов, Р.Р. Деветьяров, 2010

3
О
Г Л А В Л Е Н И Е
1. Моторные масла
4 1.1. Производство минеральных базовых масел
4 1.2. Базовые масла минеральные
4 1.3. Базовые масла
12 1.4. Основные свойства масел
18 1.5. Присадки к моторным маслам
21 1.6. Паспорт моторного масла
29 2. Виды классификаций моторных масел
32 2.1. Классификация моторных масел по SAE J300 32 2.2. Классификация моторных масел по API
37 2.3. Классификация масел по ACEA
48 2.4. Классификация масел по MIL
59 2.5. Классификация Global DHD и Global DHD
61 2.6. Классификация масел ILSAC
64 2.7. Классификация масел JASO
65 2.8. Классификация масел ССМС
66 2.9. Классификация масел по ГОСТ
69 2.10. Соответствие классификаций масел
72 2.10.1. Соответствие классификаций ГОСТа и API
72 2.10.2. Соответствие классификаций ГОСТа и API
74 3. Как правильно выбрать моторное масло
77
Литература
82
Приложение
83

4
1. МОТОРНЫЕ МАСЛА
1.1. Производство минеральных базовых масел
Смазочные материалы, как и другие современные промыш- ленные материалы, состоят из основного, базового материала, в данном случае - базовых масел (bаse oils), и активных добавок - присадок (additives), улучшающих его функциональные свойства.
1.2. Базовые масла минеральные
Желательно для каждого конкретного случая применения иметь масло с оптимальными эксплуатационными свойствами.
Это обусловливает большой ассортимент масел. Производство большого количества разновидностей масел технически и эконо- мически нецелесообразно. Во избежание этого, нефтеперераба- тывающая промышленность выпускает ограниченное количество базовых масел, которые смешиваются между собой и с присад- ками на мaслосмесительных заводах для получения товарных мaсел (commercial oils, service oils) с необходимыми эксплуатаци- онными свойствами. Производство товарных масел состоит из двух стадий: производства базовых масел и смешения компонен- тов (компаундирования) (blending, compounding, formulation).
Базовые минеральные масла производятся нефтеперераба- тывающими заводами, чаще всего принадлежащими крупным нефтекомпаниям, так как для управления производством и его совершенствования требуется крупный капитал и научный по- тенциал.
Базовые масла различаются между собой вязкостью, хими- ческим составом и некоторыми другими свойствами. Базовое масло - это основа товарного масла, готовая к смешению, но еще без присадок. Сырьем для смазочных масел могут быть мине- ральные и синтетические базовые масла. Химический состав ми- неральных масел зависит от нефти, из которой произведено мас- ло. Химический состав синтетических масел зависит от исходно- го сырья (мономеров) и метода синтеза.
Крупные нефтекомпании имеют несколько нефтеперераба- тывающих заводов. Для конкретной товарной марки на все

5
мaслосмесительные заводы они поставляют базовое масло и при- садки строго определенного состава и свойств. Поэтому в доку- ментах на продукцию обычно не указывается завод-изготовитель, а только название нефтекомпании.
Качество товарного масла зависит от типа исходной нефти, способа получения базового масла, глубины химического пре- вращения и очистки. В описаниях продукта часто указываются особенности производства и состава для убеждения потребителя о высоком качестве исходного базового масла.
Компаундирование масел является относительно неслож- ным технологическим процессом, который может быть осу- ществлен на сравнительно небольших мaслосмесительных заво- дах (blending plants). Эту задачу способны выполнить и неболь- шие самостоятельные фирмы. Они покупают базовые масла и присадки, смешивают их, расфасовывают и поставляют масло на рынок под своим фирменным названием, например Kroon-Oil,
Teboil и др.
Крупные нефтекомпании разрабатывают новые технологии и составы и выполняют все процессы по производству масел от переработки нефти и до расфасовки конечного продукта. В целях конкуренции они должны постоянно совершенствовать техноло- гию и поддерживать качество своей продукции на самом высо- ком уровне. Потребителю полезно быть знакомым со структурой и возможностями производителей и поставщиков нефтепродук- тов.
Присадки и их наборы (пакеты) поставляются на рынок компаниями и заводами химической промышленности в большом ассортименте. Часто это пакеты, полностью готовые для получе- ния масла определенного класса (уровня качества). Мaслосмеси- тельные заводы по компаундированию мaсел имеют достаточно большой выбор и могут в некоторой степени конкурировать с крупными нефтекомпаниями быстрым реагированием на измене- ния потребностей рынка. Крупные нефтяные и химические ком- пании («Exxon-Paramins», «Shell Additives» и др.) разрабатывают оригинальные присадки и наборы, применяют их для компаунди- рования своих продуктов и тем самым имеют больше возможно- стей по усовершенствованию качества, чем мелкие фирмы.

6
Каждая крупная нефтекомпания старается создать процессы производства, очистки и модификации базовых масел и подбор компонентов товарных масел, которые были бы не только ориги- нальными, но и наиболее эффективными в экономическом плане и обеспечивали бы наилучшее качество. Поэтому каждое новше- ство, которое улучшает качество продукта, обязательно указыва- ется в описании масла, как ценное преимущество данного про- дукта. Для правильного понимания любых предписаний произво- дителей нужны определенные знания по технологии производ- ства, модификациям масел и специфической терминологии. Кро- ме того, в мировой практике приняты отдельные выражения, ха- рактеризующие свойства и качество масел, которые могут быть неоднозначно истолкованы потребителями, например «энерго- сберегающее масло» («energy conserving oil», «EC oil»), «масло удлиненного интервала замены» («long distance oil», «LDO»),
«масла со стабильными свойствами» («stay-in-grade oil»), «масла, поддерживающее чистоту двигателя» («keep clean effect oil») и др.
Общая схема производства базовых минеральных масел со- стоит из следующих процессов (рис. 1.1):
- атмосферная перегонка, при которой отделяются легкоки- пящие фракции (светлые продукты) и атмосферный остаток
(atmosferic residue), или мазут, который служит сырьем для ваку- умной перегонки при производстве масел;
- вакуумная перегонка атмосферного остатка (мазута) осу- ществляется при гораздо более низкой температуре в вакууме, что позволяет перегонять вязкие продукты; получаемые фракции масел - вакуумные дистилляты (vacuum distillate) с разной вязко- стью и вакуумный остаток (vacuum residue), из которых получают высоковязкие базовые масла;
- очистка фракций вакуумной перегонки методом экстрак- ции, при помощи которой растворителями отделяются нежела- тельные соединения;
- депарафинизация фракций, при которой отделяются пара- фины;
- другие технологические процессы улучшения качества ба- зовых масел: гидрирование, каталитический гидрокрекинг,

7
очистка отбеливающей глиной или кристаллическим алюмосили- катом (например, цеолитом) и др.
Рисунок 1.1 - Общая схема производства базовых минеральных масел
Основные фракции вакуумной перегонки атмосферного остатка (мазута):
- легкое вакуумное масло (light vacuum gas oil) (температура кипения 300…400°C);
- тяжелое вакуумное масло (heavy vacuum gas oil) (темпера- тура кипения 350…420°C);
- остаточное масло (residuel oil) (температура кипения
420…490°C).
Остаток после отделения дистиллятов называют гудроном или вакуумным остатком (температура кипения >500°C). Он со- ставляет около 20…30% сырья. Иногда остаточное масло не вы- деляется в отдельную фракцию, а производится из вакуумного остатка. Такое масло бывает вязким и после хорошей очистки называется осветленным остаточным маслом (brightstock).

8
По фракционному составу базовые масла делятся на ди- стиллятные, компаундированные и остаточные. Дистиллятными маслами являются отдельные фракции или их смеси. Компаунди- рованные масла получаются смешением дистиллятов и остаточ- ных масел.
Остаточные масла обладают хорошими эксплуатационными смазывающими свойствами. Их липкость, стойкость к окислению лучше, чем у дистиллятных масел. Из легких дистиллятов полу- чают легкие индустриальные и трансформаторные масла, из средних и тяжёлых дистиллятов - индустриальные и моторные, из компаундированных и остаточных - трансмиссионные, тяжё- лые индустриальные, цилиндровые и другие масла.
Состав нефти базового масла.
Химический состав базово- го масла зависит от химического состава нефти. Существующие разновидности базовых масел:
- парафиновые (paraffinic oil) (содержание парафи- нов >75%);
- нафтеновые (naphthenic oil) (содержание нафтеновых со- единений >75%);
- ароматические (aromatic oil) (содержание ароматических соединений >50%);
- смешанные (mixed base oil, intermediate) - если нет доми- нирующих соединений.
Для производства смазочных масел наибольшее значение имеют парафиновые базовые масла, которые отличаются хоро- шими вязкостно-температурными свойствами (высоким индек- сом вязкости). После традиционных процессов очистки парафи- новое базовое масло обладает хорошими эксплуатационными свойствами.
Некоторые компоненты нефти, которые обычно считаются вредными, в некоторых областях назначения могут быть весьма ценными. Например, смолы, жирные и нафтеновые кислоты улучшают липкость и стойкость адсорбционной пленки масла и тем самым улучшают смазывающую способность масла. Некото- рые соединения серы и азота обладают антиокислительными свойствами. Таким образом, при глубокой очистке масла некото- рые его смазывающие, антиокислительные и антикоррозионные свойства могут ухудшиться.

9
Совершенствование базовых масел проводится по двум ос- новным направлениям. Первое, при котором масло очищается только до такой степени, чтобы в нем осталось оптимальное со- держание смол, кислот, соединений серы, азота и, дополнитель- но, вводятся присадки для улучшения некоторых функциональ- ных свойств. Такой метод не позволяет получить масла достаточ- но высокого уровня качества. Второе направление, при котором базовое масло полностью очищается от всех примесей и прово- дится молекулярная модификация методом гидрообработки (гид- рокрекинга, гидроочистки и др.). В результате получается масло, обладающее ценными свойствами для тяжелых режимов работы
(высокая стойкость к деформациям сдвига при высоких скоро- стях, нагрузках и температурах, высокий индекс вязкости и ста- бильность параметров).
При очистке масел (finishing) удаляются следующие основ- ные примеси:
- соединения серы (sulfur, sulfur compounds) и органические кислоты (organic acids), вызывающие коррозию металлов;
- непредельные углеводороды (unsaturated hydrocarbons), понижающие антиокислительную стойкость масла;
- смолистые и асфальтеновые соединения (resins, bitumen), которые образуют лаковые отложения и нагар на горячих по- верхностях деталей, ухудшают низкотемпературные свойства, подавляют эффективность антиокислительных и антикоррозион- ных присадок;
- растворенные в масле твердые углеводороды - парафины
(wax), которые повышают температуру застывания масла и ухудшают его низкотемпературную фильтруемость;
- полициклические соединения (polycyclic aromatics, PCA), ухудшающие низкотемпературные свойства масла и способству- ющие образованию смолистых отложений и нагара.
Методы очистки:
- селективная очистка (solvent refining) или экстракция рас- творителями (solvent extraction) - метод удаления нежелательных соединений, основанный на образовании двухфазной системы, в которой примеси с растворителем и чистое масло разделяются на два слоя. После отделения слоя экстракта получается чистое мас- ло. Таким образом из масла удаляются асфальтеновые (битум-

10
ные) вещества, смолы и ароматические соединения с короткими цепями в молекулах, твердые углеводороды и полициклические ароматические соединения, которые усиливают коксование и за- висимость вязкости от температуры. Экстракция растворителями обычно проводится сразу после вакуумной дистилляции. Дистил- ляты после экстракции имеют более высокий индекс вязкости и лучшую стойкость к окислению. В настоящее время для экстрак- ции в основном применяются фурфурол или н-метилпирролидин, а экстракция фенолом встречается редко. В ходе экстракции ос- новной химический состав дистиллятов меняется незначительно, поэтому еще сохраняется влияние химического состава сырой нефти;
- депарафинизация растворителем (solvent dewaxing) - метод удаления парафинов, которые повышают температуру застыва- ния масел. Масло смешивается со смесью двух растворителей - метилэтилкетона и толуола или другими. Полученный раствор масла охлаждается до - 6…12°C. При такой температуре кристал- лы парафина выпадают в осадок и отделяются фильтрованием, а растворитель отгоняется от масла и получается депарафинизиро- ванное масло (dewaxed oil) с улучшенными свойствами: с более низкой температурой застывания, повышенным индексом вязко- сти, улучшенной текучестью при низкой температуре. Побочный продукт, парафиновый осадок (slack wax), служит сырьем для ка- талитического гидрокрекинга, при котором могут быть получены высококачественные базовые масла;
- очистка адсорбентами. В качестве адсорбентов применя- ются отбеливающая глина или кристаллические алюмосиликаты - цеолиты, имеющие однородную пористость. Подбором цеолитов с порами определенного размера можно проводить селективную адсорбцию некоторых соединений: смолистых и асфальтовых веществ, алкенов, полициклических аренов. От такой очистки масло становится светлее, поэтому этот процесс иногда называют осветлением масла. В основном очистка адсорбентами проводит- ся после других процессов химической очистки и экстракции растворителями;
- гидрообработка и каталитический гидрокрекинг - реакция с водородом при повышенной температуре и давлении в присут- ствии различных катализаторов.