Какие соединения обладают низким индексом вязкости

13

vasilev_v.v._himiya_goryuchih_iskopaemyh_2013

Наряду с классификациями нефтей по химическому составу, физикохимическим свойствам, углеводородному составу масел и т. д., в нашей стране действует технологическая классификация нефтей. Она отражает основное направление их переработки и использования. Все нефти подразделяются на классы, типы, группы, подгруппы и виды.

Классы нефтей выделяются по содержанию серы в нефти, бензине (НК200° С) и дизельном топливе (240-350° С). Малосернистая нефть содержит не более 0,5% серы, при этом бензиновая и реактивно-топливная фракции – не более 0,1%, дизельная – не более 0,2%. Если серосодержащие соединения сосредоточены в тяжёлых остатках, дистиллятные топливные фракции содержат серу в количествах, не превышающих нормы, установленные для I класса, то нефть относят к малосернистой. Если содержание в каком-либо одном или нескольких видах дистиллятных топлив превышают указанные пределы, то нефть не может считаться малосернистой.

Сернистая нефть содержит от 0,51 до 2,0 серы, при этом бензиновая фракция – не более 0,10%, реактивно-топливная – не более 0,25%, дизельная – не более 1,0%. Если один или несколько видов дистиллятных топлив содержат серу в большем количестве, то нефть относят к высокосернистой.

Высокосернистая нефть содержит более 2% серы, содержание серы в дистиллятах из этой нефти составляют в бензиновом топливе – более 0,1%, реактивном – более 0,25%; дизельном – более 1%.

Если дистиллятные топлива из высокосернистой нефти содержат серу в меньших количествах и по содержанию серы отвечают требованиям, предъявляемым к топливам из сернистой нефти, то даже при содержании серы в нефти более 2% такую нефть следует отнести к сернистой.

По выходу светлых фракций, перегоняющихся до 350° С, нефти делятся на три типа (табл. 4). По суммарному содержанию дистиллятных и остаточных базовых масел – на четыре группы.

Базовые масла могут быть получены либо аналитическим путём, либо их содержание может быть определено расчётным способом.

Аналитическое определение базовых масел включает следующие операции. Исследуемую нефть подвергают разгонке и в зависимости от вида разгонки отбирают:

— фракции, выкипающие в пределах 350-450°, 450-480°, и остаток;

— фракции, выкипающие в пределах 300-350°, 350-400°, 400-450°, 450460° (450-500° С), и остаток;

— остаток выше 350° С.

Полученные фракции и остаток подвергают депарафинизации, деасфальтенизации и адсорбционному разделению, последовательно смешивают отдельные группы УВ (рис. 7).

Так как не всегда возможно определение содержания базовых масел адсорбционным путём, то было выведено уравнение, связывающее их содержание с качеством нефти, а именно, с концентрациями смол, асфальтенов и парафина:

У = 55,6 – 1,14( Х -30,0),

суммарное содержание базовых масел,% масс., считая на остаток;

суммарное содержание смол, асфальтенов и парафина, считая на остаток.

В зависимости от значения индекса вязкости базовых масел различают четыре подгруппы нефтей (табл. 4). Индекс вязкости (ИВ) характеризует изменение вязкости в зависимости от температуры. У масел с высоким индексом вязкости смазочных масел в зависимости от температуры изменение вязкости относительно небольшое, у масел с низким индексом вязкости – значительное.

Существует два метода расчёта ИB смазочных масел на основе их кинематической вязкости при 40° С и 100° С:

Определение индекса вязкости

Индекс вязкости (ИВ) – это условный показатель, характеризующий степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры и оценивающий крутизну вязкостно-температурной кривой. Чем выше ИВ, тем более пологой кривой характеризуется масло и тем лучше оно для зимней эксплуатации. Чаще всего ИВ определяют по номограмме или расчетным путем, зная значения вязкости исследуемого масла при 40 и 100 0 С. Для автомобильных масел ИВ должен быть не менее 90, а для зимних условий эксплуатации – 120.

Лучшие моторные масла при зимней эксплуатации двигателя должны иметь пологую характеристику зависимости вязкости от температуры, то есть вязкость должна незначительно изменяться от температуры. При кинематической вязкости масла более 3000 сСт (мм 2 /с) запуск двигателя затрудняется. Для снижения зависимости вязкости от температуры в него добавляют присадку (3 … 4 %), например, полиизобутилена. Полиизобутилен получают полимеризацией изобутилена в присутствии катализаторов. Формула изобутилена приведена ниже:

Полиизобутилен изменяет форму в зависимости от температуры. При высокой температуре молекулы вытягиваются в длинные нитевидные цепочки, повышая вязкость. При снижении температуры молекулы полиизобутилена находятся в масле в виде компактных клубков, снижая трение и вязкость.

Согласно ГОСТ 53371-97 «Нефтепродукты, метод расчёта индекса вязкости» [10] индекс вязкости (ИВ) определяют следующим образом. У исследуемого масла, например М4_З/10Г₁ (SAE 10W30),определяется вязкость в диапазоне температур от 40 до 100 0 С. При 100 0 С кинематическая вязкость должна быть примерно 10 сСт.

По табл. 1 ГОСТа находим, что для исходной вязкости 10 сСт при температуре 40 0 С вязкость для эталонного масла (ИВ = 0) равна 147 сСт, а для ИВ=100 вязкость равна 83 сСт. При температуре 40 0 С вязкость исследуемого масла, для которого определяется ИВ, определена опытным путём и составила 63 сСт. Определим ИВ по формуле

где n₁ – кинематическая вязкость при 40 0 С исследуемого масла;

n₂ – кинематическая вязкость при 40 0 С эталонного масла с ИВ = 0;

n₃ – кинематическая вязкость при 40 0 С эталонного масла с ИВ = 100.

Для нашего примера

Величина ИВ может быть определена по номограмме. Для этого нужно знать вязкость исследуемого масла при 50 и 100 0 С. Для масла М4_З/10Г₁ вязкость при 50 и 100 0 С составила 43 и 10 сСт. По номограмме ИВ = 130. Чтобы определить ИВ моторного масла по номограмме, необходимо восстановить перпендикуляры от известных значений вязкости при 50 и 100 0 С, и точка пересечения с наклонной прямой на номограмме покажет ИВ для данного масла.

Для легкого запуска двигателя при отрицательных температурах (ниже – 20 0 С) ИВ должен быть не менее 120.

Наиболее высокий индекс вязкости имеют синтетические масла. Синтетические масла представляют собой индивидуальные химические вещества или смесь ограниченного количества веществ, близких по химическому составу и физическим свойствам.

Использование синтетических масел открывает широкие возможности для повышения удельных параметров, экономичности и эффективности ДВС. Это особенно важно, если учесть, что моторные масла на нефтяной основе находятся на пределе своих возможностей по ряду важнейших эксплуатационных свойств, а современные синтетические масла по тем или иным свойствам обладают значительно лучшими показателями. Например, некоторые синтетические масла имеют высокий индекс вязкости (150…170), низкую температуру застывания (– 65 0 C и ниже), вязкость при температуре 250…300 0 С в 2…3 раза большую, чем у равновязких им при 100 0 С нефтяных масел, высокую термическую стабильность при практическом отсутствии образования отложений и потерь на испарение, хорошие смазочные свойства.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Что такое вязкость моторного масла и как выбрать масло по вязкости?

Характеристики масла во многом зависят от его вязкости. Однако существует еще и такое понятие как индекс вязкости.

Чем отличаются эти параметры и как учитывать их при подборе моторного масла? Обо всём по порядку.

Что такое вязкость моторного масла

Вязкость — это способность масла оказывать сопротивление перемещению одной его части (или слоя) относительно другой. Соответственно, чем выше значение вязкости, тем гуще смазочный материал.

Широко распространено определение вязкости по стандарту SAE J300. Подробно о классификации SAE мы говорили в большом материале о том, как выбрать моторное масло.

один из основных показателей для моторного масла. Важно, чтобы оно оставалось жидким даже при низких температурах, могло протекать по масляным каналам и защищать детали двигателя от износа и трения. Однако в непрогретом моторе вязкость масла увеличивается, а его текучесть снижается.

• Прокачиваемость. Насос должен без проблем качать масло по системе. Особенно это актуально при низких температурах.
• Работа при высоких температурах. Масло не должно испаряться и расходоваться на угар.
• Защита двигателя от износа и перегрева во всех температурных диапазонах.
• Обеспечение минимальной силы трения между отдельными парами в двигателе.
• Уплотнение зазоров между деталями цилиндро-поршневой группы.

Первая цифра и буква означают динамическую вязкость, последнее число — кинематическую. В разговорной речи эти обозначения часто называют «вязкость на холодную» и «вязкость на горячую».

Что такое индекс вязкости

Индекс вязкости — это показатель, у которого нет единиц измерения: чем он выше, тем меньше вязкость масла зависит от температуры. Масло с высоким индексом вязкости быстрее поступает в зону трения при низких температурах, а при высоких — эффективнее снижает износ.

Низкий индекс вязкости означает затруднения во время запуска мотора в холодную погоду или снижение защиты деталей от износа при нагреве.

Стоит подчеркнуть: вязкость определяет текучесть жидкости в данный момент и при данных обстоятельствах. Индекс вязкости указывает на изменение вязкости при изменении температуры. Проще говоря: чем выше индекс вязкости, тем лучше, а вот вязкость нужно подбирать в соответствии с температурой внешней среды, при которой используется автомобиль.

Динамическая вязкость

Динамическая, или абсолютная, вязкость характеризует силу сопротивления маслянистой жидкости. Сила возникает во время движения двух слоёв масла, удалённых на расстояние в один сантиметр и движущихся со скоростью 1 см/с. Единица измерения силы — Па•с (мПа•с). обозначается английской аббревиатурой CCS. Тестирование отдельных образцов выполняется на специальном оборудовании — ротационном вискозиметре.

Степень вязкости показывает, при какой температуре можно запускать холодный двигатель. Рядом с цифровым значением стоит латинская буква W — первая буква слова winter («зима»).

В соответствии со стандартом SAE J300 динамическая вязкость всесезонных (и зимних) моторных масел определяется так:

• 0W — обеспечивает лёгкий запуск ДВС при температуре до —35 °С;
• 5W — при температуре до —30 °С;
• 10W — при температуре до —25 °С;
• 15W — при температуре до —20 °С;
• 20W — при температуре до —15 °С.

Для большинства регионов России масла со значением 10W и выше не могут быть рекомендованы как всесезонные. Это указано в допусках разных автопроизводителей для машин, предназначенных для российского рынка. Для России оптимальны масла с низкотемпературной характеристикой 0W или 5W.

Кинематическая вязкость

Кинематическая, или высокотемпературная вязкость — это величина, показывающая время, за которое некоторое количество жидкости проходит через отверстие определённого диаметра в специальном приборе — капиллярном вискозиметре.

Измеряется высокотемпературная вязкость в мм²/с. Альтернативная единица измерения — сантистокс (сСт). Есть следующая зависимость: 1 сСт = 1 мм²/c = 0,000001 м²/c.

Наиболее популярные классы кинематической вязкости по стандарту SAE — 20, 30, 40, 50 и 60.

Зависимость следующая: чем меньше класс, тем масло жиже. И наоборот, чем выше — тем больше вязкость. Лабораторные тесты проводят при трёх температурах: плюс 40 °С, плюс 100 °С и плюс 150 °С. Так можно увидеть динамику изменения вязкости в разных условиях: нормальных (плюс 40 °С/ плюс 100 °С) и критических (плюс 150 °С). Эти значения приняты за основные точки, хотя испытания проводятся и при других температурах.

При повышении температуры плотность вещества уменьшается, и это значит, что при постоянной динамической вязкости кинематическая будет увеличиваться. И наоборот: при снижении температуры кинематические коэффициенты снижаются.

В последнее десятилетие в мировом автопроизводстве есть тенденция к снижению высокотемпературной вязкости при высокой скорости сдвига — HTHS. Использование масел с низким HTHS экономически и экологически оправдано: такие масла дают большую экономию топлива по сравнению с продуктами с более высокой вязкостью. Подробнее о показателе HTHS мы писали в отдельной статье.

Меньшая вязкость приводит к снижению сопротивления деталей мотора, к увеличению мощности, снижению износа в некоторых узлах двигателя. Кроме того, при использовании маловязких масел выброс СО₂ в атмосферу значительно меньше, чем у масел более высокой вязкости. Подробно об этом мы говорили в одном из прошлых материалов.

Стоит лишь отметить: если двигатель не спроектирован под маловязкие масла (с низким HTHS), использование таких продуктов в нём недопустимо. Поэтому ещё раз напомним: первоочередным фактором при выборе масла будут рекомендации завода-изготовителя авто. Полный чек-лист по выбору можете найти здесь.

Что будет, если неправильно выбрать вязкость

Слишком густое или недостаточно вязкое масло может вызвать износ деталей, что в итоге приведёт к дорогому ремонту или замене двигателя.

• Рабочая температура двигателя будет повышаться, поскольку тепло будет отводиться хуже. Однако при езде на невысоких оборотах и/или в холодную погоду это не критично.
• Интенсивная нагрузка и/или езда на высоких оборотах может спровоцировать износ отдельных деталей и самого двигателя.
• Высокая температура двигателя приводит к ускоренному окислению масла, из-за чего оно быстрее теряет свои свойства.

• Масляная защитная плёнка на поверхности деталей будет очень тонкой, и детали не получат должной защиты от механического износа и воздействия высоких температур.
• Большое количество масла будет уходить в угар— высокий расход расход.
• Возникает риск появления так называемого клина мотора, что грозит сложным и дорогим ремонтом.

Заключение

Вязкость — важный, но не единственный параметр выбора масла. Большую роль играют другие показатели: допуски автопроизводителя, лицензии по стандартам ACEA, API или ILSAC(подробнее о классификации можно узнать в нашем материале), тип базового масла (синтетика, полусинтетика, минералка), особенности конструкции двигателя.

Самая точная информация о том, какое масло необходимо для вашего двигателя, содержится в технической документации к автомобилю. Кроме того, выбрать нужный продукт поможет наш онлайн-подборщик.

Вязкость жидкости

При подборе насосов мы задаем нашим клиентам ряд вопросов:

1. Какую именно жидкость вы перекачиваете?
2. Её температура?
3. Плотность?
4. Вязкость?

И если первые три пункта чаще всего не вызывают затруднений при ответе, то про вязкость нечасто услышишь конкретные цифры, например 100 сантипуаз или 235 сантистокс.
Обычно ответы в стиле:

• как сметанка,
• вроде жидкого мёда,
• как масло машинное в Якутии,
• я посмотрел в интернете похожее, думаю, что у меня глицерин вязкостью 10000 Ст.

И это нормально, потому что не все покупатели имеют под рукой вискозиметры или технологов,
паспорта на жидкости, или реальную таблицу зависимости вязкости перекачиваемой жидкости от температуры.

Что такое вязкость жидкости простыми словами

Вязкость (кинематическая или динамическая) — это свойство жидкости (или газа) оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) её частиц. Все жидкости обладают вязкостью, которая проявляется в виде внутреннего трения при смещении прилегающих друг к другу слоёв этой жидкости. Вследствие тормозящего влияния стенок/стенки, слои жидкости будут двигаться с разными скоростями, значения которых возрастают по мере отдаления от стенки.

Рис. 1. Пример перемещения слоёв жидкости при неподвижной нижней стенке.

Свойство, обратное вязкости (1/μ) – текучесть.

Динамическая вязкость жидкости

Динамическая вязкость – это свойства реальных жидкостей (в науке есть ещё понятие идеальной жидкости, это теоретическая упрощённая субстанция, придумана для облегчения решения задач гидромеханики) оказывать сопротивление сдвигающим касательным усилиям. Проявляется при движении жидкости. Динамическую вязкость (η) ещё называют абсолютной.

Физический смысл динамического коэффициента вязкости заключается в том, что он численно равен касательному напряжению, возникающему между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга со скоростью, равной единице, при расстоянии между этими слоями, равном единице длины.
Размерность динамического коэффициента вязкости η в системе СИ есть Па*с:
1 Па*с = 1 кг*с/м2, чаще пользуемся мПа -1/1000 Па.
В системе СГС динамический коэффициент вязкости измеряется в Пуазах (по имени французского ученого Пуазейля)
1 Пуаз = 0,1 кг*с/м2.
Обычно пользуются в сто раз меньшей единицей — сантипуазом, которой соответствует динамическая вязкость воды при +20,5°С.

Кинематическая вязкость жидкости

Наряду с динамическим коэффициентом вязкости, широко применяется кинематический коэффициент вязкости ν, представляющий собой отношение первого к плотности ρ жидкости или газа:
ν= η/ρ.
Согласно системе СИ, обозначение кинематического коэффициента вязкости ν есть м2/с.
В системе СГС кинематический коэффициент вязкости измеряется в Стоксах (1 Ст = 1 см2/с = 10-4 м2/с) или в сантистоксах (1 сСт = 10-2 (0,01) Ст).

Ниже в таблицах приведены значения коэффициентов вязкости трансформаторного масла, воды и воздуха при различных температурах. Из данных таблиц следует, что с ростом температуры коэффициенты вязкости жидкостей уменьшаются, а газов увеличиваются.

Вязкость довольно сильно зависит от температуры жидкости. Она уменьшается при повышении температуры и увеличивается при повышении давления.

Определение кинематической вязкости производится в классическом случае измерением времени вытекания под воздействием силы тяжести определённого объёма жидкости через калиброванное отверстие.
Как уже упоминалось выше, измерение кинематической и динамической вязкости возможно благодаря специализированным приборам – вискозиметрам, различным по принципу действия: ротационным, капиллярным, вибрационным, пузырьковым, с падающим шариком. Их существует много типов и разновидностей — Брукфилда, Стокса, по чашкам Форда, но нам это сейчас не столь первостепенно необходимо, и полученного общего понимания достаточно, чтобы двигаться дальше.

Рис. 2 Различные вискозиметры.

В практическо-бытовом понимании каждый знает, что есть разница, как течёт из половника бульон, кисель или мёд.
И, при подборе оборудования для перекачивания жидкости, в связи с этим возникает некая вариативность,
так как невозможно качать мёд насосами для воды, а битум — шестерёнными насосами без рубашки обогрева.

Часто бывает так, что при использовании различных типов вискозиметров для измерения вязкости, возникает необходимость перевода одних единиц измерения в другие, или в единицы измерения Метрической Системы.
Таблицы конверсии различных величин измерения вязкости и примерной вязкости всем знакомых жидкостей приведены ниже.

Таблица соответствия различных единиц измерения вязкости жидкости

Универсальные секунды Сейболта ssu

Кинематическая вязкость сантистоксы

Секунды по чашке Партина № 10

Секунды по чашке Партина № 15

Секунды по чашкеПартина № 20

Секунды по чашке Форда № 3

Секунды по чашке Форда № 4

Таблица вязкости ряда распространенных жидкостей

Принципы действия насосов под различные виды жидкости

Ампика – фирма насосная, поэтому нам вязкость интересна прежде всего с точки зрения правильного выбора принципа действия насосов под различные жидкости. Упрощая, подбор насосов, исходя из критерия вязкости, осуществляется по примерно такой градации:

Невязкие жидкости, 0-50 сСт

– Вода, ДТ, бензин – подходящие типы насосов: центробежные, вихревые, шиберные, многосекционные.

Жидкости с невысокой вязкостью, 50-300 сСт

– Масла – шиберные, шестерённые, винтовые.

Средней вязкости, 300-3000 сСт

— Мазут, лак – шиберные, шестерённые, винтовые, перистальтические, мембранные, ламинарные.

Высокой вязкости, до 70000 сСт

— Смазки, шпаклевки, пасты — винтовые, мембранные, шестерённые.

Видео 1. Образцы жидкостей с вязкостью 1/50/100/500/1000/5000/10000/50000/100000 CP.

При подборе насосов для вязких жидкостей очень важна информация о том, как жидкость будет попадать в насос:
самотёком, или необходимо всасывание, если да, то с какой глубины, по трубе какого диаметра?

Довольно часто бывает ситуация, когда создаваемое насосом разряжение недостаточно для того, чтобы жидкость попала в насос (т.к. жидкость поддавливается во всасывающий трубопровод атмосферным давлением, которое на поверхности планеты Земля составляет всего 1 атм.). На практике разряжения больше чем 0,3…0,5 атм на входе в насос для вязких жидкостей получить не удаётся (из-за особенностей конструкций таких насосов) + есть ещё сопротивление перекачиванию самой жидкости = жидкость может просто не потечь по всасывающей трубе и насос будет молотить впустую.

Рис. 3 Схема поступления жидкости в насос самотеком

При перекачке вязких жидкостей следует устанавливать насос как можно ближе к ёмкости и, по возможности, ставить насос ниже уровня жидкости, чтобы она попадала в насос самотёком.
Обязательно нужно рассчитывать достаточный диаметр трубы на входе и выходе насоса, учитывать количество задвижек, клапанов и поворотов трубопровода. Всё это сильно влияет на сопротивление перекачиванию. Нельзя просто выбрать насос без привязки к гидравлической системе, т.к. в противном случае он может просто не качать, или не выдавать требуемые параметры.

В ряде случаев помогает уменьшение длины всасывающего шланга и увеличение его диаметра.
Либо можно использовать полупогружной насос, который не всасывает жидкость, а сразу толкает её (внизу заборной трубы находится насосная часть, погружённая в жидкость, а двигатель находится выше её уровня).
Но достаточно часто это не помогает, и жидкость отказывается затекать даже в погружной насос. Тогда нужно устраивать поддавливание жидкости (например, создавать наддув в закрытой ёмкости или использовать систему с прижимным диском).

Рис. 4 Схема поступления жидкости в насос с наддувом/доп. нагнетанием

Существуют установки с прижимным диском (иногда его называют следящей плитой) двух видов:
1) когда диск опускается под действием атмосферного давления (а оно теоретически равно 1 кг/см2, хотя по факту несколько меньше).
Например, диск диаметром 600 мм (60 см), теоретически будет поджимать жидкость с таким давлением:
π*D2/4 (площадь диска) = 3,14*3600/4=2826 см2. То есть 2826 кг/см2 (

2,8 тонны).
2) когда диск механически прижимается с помощью пневморамы (или электроприводом).

Рис. 5 Система подачи вязких жидкостей с прижимным диском (прижим атмосферным давлением

Система подачи вязких жидкостей с прижимным диском (прижим атмосферным давлением).

Порой жидкость при рабочей температуре настолько высоковязкая, что для её перемещения проще либо использовать
механический способ (лопатой), или же нагревать её до приемлемого уровня вязкости.
Нельзя не учитывать возможность застывания (кристаллизации) жидкости в насосе, особенно это касается битумных насосов. Именно поэтому такие насосы снабжаются рубашкой обогрева (нагрев проточной части паром, горячим маслом или электричеством).
Также важно на какое расстояние/высоту и по какой трубе/шлангу требуется переместить жидкость. Очень большую важность приобретает подбор оборотов двигателя, ведь для высоковязких жидкостей с большой инерцией сдвига требуются двигатели с меньшим числом оборотов/минуту, нежели для жидкостей невязких.

И это мы ещё не учитываем градацию жидкостей по типу – ньютоновская/неньютоновская. Если кратко,
вязкость ньютоновских жидкостей – константа при конкретной температуре, вязкость неньютоновских зависит от скорости и направления сдвига. Ярким примером таких являются, например, томатные пасты/кетчупы – у них вязкость уменьшается от приложенной силы сдвига, или крахмало-водяная смесь – у неё вязкость возрастает от приложенной силы, практически до состояния твёрдого вещества.
Переход вещества из жидкого состояния в стеклообразное обычно связывают с достижением вязкости порядка 1011—1012 Па·с.

Рис. 6 График зависимости напряжения/скорости сдвига для ньютовскихи неньютоновских жидкостей.

Советы экспертов компании Ампика

Подведём итог. Подбирая оборудование самостоятельно, старайтесь учесть все нюансы происходящего тех. процесса. Подробности очень важны. Если есть сомнения, лучше опишите вашу задачу нам.
Мы уточним всё, что нужно, и подберём насосы, которые реально будут работать. У нас есть для этого и опыт, и возможности расчёта и подбора самого подходящего насосного оборудования.