Противоизносная присадка

Противоизносная присадка

Реферат

Изобретение относится к машиностроению, в частности противоизносным присадкам к дизельным топливам для улучшения их смазочной способности, например в трущихся узлах форсунок, топливных насосов.

Известны магнитные жидкости, которые меняют свои свойства от напряженности магнитного поля. Они также могут служить для уменьшения трения и изнашивания трущихся узлов (см. Берковский Б.М., Медведев В.Ф., Краков М.С. Магнитные жидкости. - М.: Химия, 1989 г., 159-166). Магнитные жидкости отличаются от традиционных смазок наличием твердых частиц, поэтому они в основном применяются в узлах трения подшипников качения и скольжения, зацепления зубчатых колес.

Наиболее близкой, по сути, является присадка по изобретению (см. патент РФ №2093719), содержащая смесь абразивоподобного минерального порошка. Недостатком этой присадки является сгорание ее вместе с топливом и необходимость все время ее вводить в заданном процентном содержании, что значительно удорожает дизельное топливо.

При создании изобретения ставилась техническая задача - получить мицеллярную смазку на основе молекул твердой пластичной смазки F₃O₄ (оксид железа), обладающей низким сопротивлением сдвигу, и окружающих ее молекул поверхностно-активных веществ, например, на основе молекул олеиновой кислоты C₁₈H₃₄O₂.

Технический результат - повышение смазочной способности дизельного топлива достигается введением в него предлагаемой присадки. Присадка представляет собой жидкость на основе дизельного топлива с добавленными в него мицеллами, включающими в себя оксид железа и олеиновую кислоту. Молекулы олеиновой кислоты адсорбируются на поверхности магнетита в результате процесса хемосорбции. Оксид железа, входящий в мицеллу, характеризуется низким сопротивлением сдвигу и является пластической смазкой, уменьшающей коэффициент трения и интенсивность изнашивания поверхностей в местах их соприкосновения. Молекулы олеиновой кислоты, входящие в состав мицелл, предотвращают их слипание и дают возможность их нахождения во взвешенном состоянии в жидкости. Оксид железа Fe₃O₄ (магнетит) имеет характеристику: молекулярная масса 231,54; цвет - темно-красный; плотность 5,11 г/см³. Олеиновая кислота (октадецен-9-овая кислота) СН₃(СН₂)₇СН = CH(CH₂)₇СООН представляет собой бесцветную жидкость с температурой кипения 286 °С, плотностью 0,9 г/см³. Длина молекулы олеиновой кислоты 2 нм. Средняя величина мицеллы составляет 10 нм. Намагниченность насыщения порядка 10 кА/м. Присадка предназначена для работы в слабых магнитных полях ξ≪1, где ξ - функция Ланжевена L(ξ), с напряженностью магнитного поля 20-40 кА/м. Основа мицеллы представляет собой молекулы твердой пластичной смазки оксида железа, а окружающие молекулы являются олеиновой кислотой с содержанием веществ в присадке, мас.%: Fe₃О₄ - 0,00001, C₁₈H₃₄O₂ - 0,0001, дизельное топливо - до 100.

Присадка растворяется в дизельном топливе в соотношении 1:10 при температуре 60°С и непрерывном помешивании в течение 1 часа.

При лабораторных испытаниях дизельного топлива, приготовленного с введением в него присадки, в соответствии с описанием выше получены следующие результаты. При испытании на трибометре, аналогичном HFRR, при температуре 60°С в течение 45 минут в высокоочищенном от серы дизельном топливе (менее 500 ppm) смазывающая способность (диаметр пятна износа) составила 540 мкм. При введении в топливо предлагаемой присадки и создании напряженности внешнего магнитного поля в зоне трения 30 кА/м смазывающая способность при многократных испытаниях составила 230-250 мкм. При уменьшении концентрации присадки в 10 раз смазочная способность топлива падает и соответствует 430 мкм. При увеличении концентрации в 10 раз смазывающая способность топлива соответствует 220 мкм. Экономически более выгодно применять предлагаемую концентрацию присадки.

Предлагаемая мицеллярная присадка обладает следующими преимуществами:

1) не выпадает в осадок, поскольку ее частицы являются участниками броуновского движения молекул;

2) частицы присадки целенаправленно движутся под влиянием приложенного магнитного поля к поверхностям трения;

3) удерживается в местах повышенной интенсивности изнашивания вследствие действия магнитного поля и сил адсорбции и хемосорбции поверхностей трения.

Присадку получали следующим способом: исходный химически чистый порошок Fe₃О₄ подавали в шаровую мельницу 1 (чертеж), где он измельчался (800-1000) часов, затем порошок поступал в отстойник 2, где проходил процесс воздушной сегментации в течение 20-30 минут. После этого воздушная смесь порошка Fe₃О₄ с размерами частиц 10^-8...10^-12 м поступает в накопитель 3, а выпадший в отстойнике 2 осадок возвращается на доработку в шаровую мельницу 1. В потоке аргона порошок Fe₃О₄ направлялся в конденсационную камеру 4, где находятся пары кипящей олеиновой кислоты при давлении 100 мм рт. ст. и температуре 286°C. Здесь происходит конденсация паров олеиновой кислоты на поверхности более холодных частиц Fe₃О₄. В потоке аргона частицы попадают в охладитель 5, где их температура доводится до 25...30°C, далее поток газа вместе с частицами попадают в градирню 6. В градирне 6 сверху подается распыляемое дизельное топливо, которое осаждает частицы в жидкость. Дизельное топливо из градирни 6 с помощью насоса 7 снова подается в верхнюю часть аппарата на распыление. В результате рециркуляции концентрация присадки в растворе повышается и по достижению заданной концентрации получаем 10% концентрат. Концентрат представляет собой дизельное топливо с мицеллами на основе Fe₃О₄ и ПАВ, концентрат сливают как готовый продукт.

Из верхней части градирни 6 отмытый газ отводят в накопитель 3. Из полученного концентрата размешиванием и добавлением чистого дизельного топлива создается дизельное топливо с концентрацией, достаточной для увеличения смазочной способности топлива в рабочих условиях. Полученную присадку в двигателе приложенным магнитным полем направляют к поверхностям трения, где она осаждается. Со временем работы количество осажденных частиц растет, что уменьшает изнашивание трущихся поверхностей. То же магнитное поле удерживает частицы на поверхностях трении и препятствует попаданию основной их массы вместе с топливом в цилиндр двигателя. Те частицы, которые попали в цилиндр двигателя, осаждаются в нем и препятствуют его изнашиванию, особенно в верхней части цилиндра. Это повышает противоизносный эффект присадки для двигателя. В результате накопительного эффекта концентрация присадки в дизельное топливо может быть на один-два порядка меньше, чем у обычных противоизносных присадок.

Противоизносная присадка к дизельному топливу, состоящая из дизельного топлива с находящимися в нем мицеллами на основе молекул твердой пластичной смазки оксида железа (Fe₃O₄) с окружающими ее молекулами олеиновой кислоты (C₁₈H₃₄O₂) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Fe3O4	0,00001
C18H34O2	0,0001
Дизельное топливо	До 100