книги / Методы обеспечения надежности изделий машиностроения

образуются медленнее, чем на поверхностях деталей из цветных металлов. Очевидно, заметная коррозия может произойти до образования защитной пленки. В связи с этим необходимо в состав смазок вводить продукты типа окисленного петролатума, благодаря которым на черных металлах быстрее создаются пленки. Так как смазку наносят тонким слоем при умеренных температурах, то продукты взаимодействия органических кислот с металлами не могут взаимодействовать с металлом, как это может наблюдаться, например, при повышенных температурах на деталях двигателя (в этом случае циркуляционное масло вза­ имодействует с деталями двигателя).

В состав смазки К-17 входят присадки, добавляемые к сма­ зочным маслам для двигателей внутреннего сгорания. Хотя ус­ ловия применения жидкой защитной смазки существенно отли­ чаются от условий работы картерных масел, можно полагать, что в механизме действия одних и тех же присадок, находящихся в маслах или смазках, будет много общего. Механизм защитного действия таких присадок сводится к нейтрализации кислых про­ дуктов, появляющихся при окислении масла и продуктов сго­ рания топлива, к замедлению процесса окисления масла и вос­ становлению продуктов его окисления, а также к диспергирова­ нию продуктов его окисления и их нейтрализации.

Вода, образованная при нейтрализации кислых продуктов, эмульгируется поверхностно-активными веществами с образо­ ванием мицеля, хотя верхняя граница температурного интер­ вала работы в тонком слое жидкой защитной смазки будет способствовать образованию кислых продуктов. Вместе с тем жидкие смазки можно применять для консервации оборудования, находящегося в атмосфере, которая содержит пары азотной

кислоты.

Наибольшее влияние на скорость образования и толщину пленки оказывают температура и природа металла. Температура влияет как на кинетику образования, так и на максимальное число сбоев образующейся пленки. При низких температурах скорость образования пленки уменьшается, но при этом увели­ чивается ее толщина. Особенно быстро процесс образования пленки протекает в первые 30—40 мин. Таким образом, форми­ рование пленки происходит во время работы и последующего остывания двигателя. Не допускается эксплуатировать некото­ рые механизмы после смазывания. Смазку на поверхности де­ талей наносят, прокачивая ее и проворачивая механизм. В этих условиях и при температуре 18—35 °С формирование пленки будет происходить замедленно. В начальный период, когда плен­ ка еще не образовалась, защитную роль выполняет слой смазки на поверхности металла. Образовавшаяся пленка надежно за­ щищает от коррозии лишь в том случае, если она состоит из целых молекул и присадки.

223

Для подтверждения этого вывода, проведем электроногра­ фические исследования строения защитных пленок, образован­ ных смазкой К-17. Нанесем смазку К-17 (К-17н) на круглые металлические пластинки (диаметром 12 и толщиной 2 мм), из­ готовленные из стали марки СтЗ, меди М-3 алюминиевого спла­ ва АК-4. Пластинки перед испытанием шлифовали, а затем по­ лировали. Электронограммы снимаем на отражении электронов в отечественном электронном микроскопе при ускоренном напря­ жении 50 кВ. Металлические пластинки до обработки их смаз­ кой К-17 не давали интерференционных колец. Отсутствие ди­ фракционных картин связано, по-видимому, с тем, что при поли­ ровке металлических деталей в их поверхностном слое происхо­ дят процессы разрушения и пластической деформации, нару­ шающие кристаллическую структуру. Полученные электронограм­ мы пластинок, обработанных смазкой К-17, промеряем. Промеры электронограмм и последующая обработка результатов измерения позволяют вычислить межплоскостные расстояния кристалличес­ ких решеток испытуемых пленок (табл. 8.2).

8.2. Расчетные межплоскостные расстояния кристаллических решеток

дает на поверхности металлов пленку, имеющую кристалличес­ кую структуру. Ориентация кристаллов в различных пленках неодинакова. В одних пленках кристаллы располагаются хаоти­ чески, в других ориентированы определенным образом.

Известно, что многие сероорганические соединения явля­ ются хорошими комплексообразователями. Поэтому есть осно­ вание предполагать, что защитная пленка достаточно прочно удер­ живается на поверхности металла благодаря образованию анти­ коррозионными присадками с металлом комплекса донарноакцепторного типа, т. е. в результате переноса от атома серы к атому металла. В таком случае металл будет являться акцеп­ тором, а сера — донором. Последующие слои взаимодействуют с первым молекулярным слоем, благодаря чему образуется прочная полимолекулярная пленка.

224

В процессе длительных испытаний наблюдаются значитель­ ные изменения как размеров кристаллов, так и их ориентация. Отдельные кристаллы укрупнялись, вследствие чего увеличи­ вались расстояния между ними. Коррозионно-активные вещества (продукты окисления смазки и др.), проникая в пленку между кристаллами, расклинивают их, в силу чего в пленке образу­ ются микроскопические щели. Дальнейшее расширение и углуб­ ление этих щелей ведет к разрушению пленки — сначала в ре­ зультате выкрашивания отдельных кристаллов, а затем разру­ шения более крупных участков. Учитывая, что продукты окис­ ления жидкой фазы смазки разрушают защитную пленку, не­ обходимо предотвращать или максимально замедлять их накоп­ ление.

Таким образом, защитные свойства смазки будут зависеть от интенсивности разрушения пленки, т. е. от скорости старения и разрушения пленки будет зависеть время, в течение которого смазка К -17 обеспечит сохранность законсервированного обо­ рудования.

Старение и разрушение пленки в значительной мере опре­ деляется температурой среды. Физические процессы, происходя­ щие под влиянием температуры, могут изменить кинетику ее старения и разрушения. Например, испарение жидкой фазы активизирует процесс теплового старения и разрушения пленки. Кинетика старения жидкой фазы смазки определяется уравне­ нием Мартынова В. М. (выведено из закона Рауля):

время испарения; go— исходная навеска смазки; А,— доля испа­ рившейся жидкой фазы.

Анализируя приведенное уравнение, можно отметить, что чем больше смазываемая поверхность и чем тоньше слой смазки, тем интенсивнее испарение ее жидкой фазы.

Учитывая, что смазку К-17 применяют в замкнутых контурах, где свободные объемы малы и отсутствуют воздушные потоки (двигатели внутреннего сгорания, компрессоры, насосы и др.), влиянием процесса испарения жидкой фазы на старение и раз­ рушение пленки можно пренебречь. Тогда зависимость скорости старения и разрушения пленки от температуры можно выра­ зить уравнением Аррениуса:

225

ний в тепловом процессе, с-1; е — основание натурального ло­ гарифма; Е — энергия активации или средняя избыточная энергия молекул, вступающих в реакцию; R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура.

Уравнение (8.18) может быть рекомендовано для оценки и прогнозирования времени, в течение которого смазка К-17 обеспечит сохранность законсервированного оборудования по результатам ускоренных испытаний при различных температу­ рах.

В процессе опытного хранения было установлено, что смазка К-17 обладает способностью эмульгировать влагу, попавшую на поверхность металла, и сохранять при этом свою первона­ чальную защитную способность. Эти смазки образуют водную

эмульсию с водным раствором хлоридов и сульфидов, которые осаждаются на внутренних поверхностях двигателей внутрен­ него сгорания и компрессоров. Указанные явления нельзя объ­ яснить наличием пленки кристаллического характера. Отмеченные свойства смазок обусловлены наличием в них отдельных компонен­ тов, способных образовать мицеллы, которые не допускают

окисленного петролатума и воды. Литиевое мыло окисленного петролатума эмульгирует воду, т. е. образует с водой двухфазную систему, состоящую из мельчайших капелек воды, дисперги­ рованных в мыле. Карбоксильные группы литиевого мыла об­ ращены в сторону воды, а углеводородные цепи — в сторону масла, в результате чего исключается проникновение воды к по­ верхности металла. Это свойство литиевого мыла окисленного петролатума было использовано при разработке противокорро­ зионной присадки к пресной воде. Рассмотрим свойства и ре­ зультаты испытаний этой присадки.

Состав присадки предельно прост: литиевое мыло окислен­ ного петролатума — 0,45 % (мае. доля) и силикат натрия — 0,45% (мае. доля). Литиевое мыло окисленного петролатума получают из окисленного петролатума с числом омыления 115—130 мг КОН на 1 г и содержанием оксикислот не более 16 % (мае. доля).

226

После введения в пресную воду присадки ПК-2 в количестве 0,9 % (мае. доля) образуется стойкий однородный раствор, на­ дежно защищающий от коррозии охлаждаемые металлические поверхности механизмов как в период их эксплуатации, так и во время бездействия, не влияя при этом на теплообмен. Противо­ коррозионная присадка ПК-2 прошла лабораторные испытания и получены следующие результаты. Образцы из стали СтЗ, чугуна Х4М, меди М-1, алюминиевого сплава АК-4 были помещены в стеклянную трубку, соединенную с термостатом ТС-15 резино­ вым шлангом. Пластинки одна от другой отделялись резиновы­ ми прокладками. При запуске мотора термостата вода, содер­ жащая присадку, циркулировала по трубке со скоростью 4 м/с. Температура жидкости во время движения поддерживалась (75±5) °С. Циркуляция продолжалась по 7 ч в сутки. Осталь­ ное время жидкость находилась в статическом состоянии и охлаждалась до 18 °С. Испытания проводились непрерывно в те­ чение месяца. Полученные результаты показали, что ни одного случая коррозионного поражения образцы не имели, поверхности пластинок из чугуна, стали, алюминиевого сплава и меди оста­ лись чистыми, масса образцов после испытаний не изменилась.

Таким образом, на основании исследования и объяснения механизма защитного действия компонента смазки К-17 была создана противокоррозионная присадка ПК-2 к пресной воде. Присадка ПК-2 может быть рекомендована для широкого при­ менения в народном хозяйстве в качестве противокоррозион­ ной к охлаждающей пресной воде в замкнутых системах охлаж­ дения двигателей внутреннего сгорания и других устройств, где вода применяется в качестве охлаждающей, гидравлической или смазывающей жидкости. Рекомендуемая присадка ПК-2 дешевле существующих присадок, малокомпонентна, проста в изготов­ лении, имеет широкую сырьевую базу и входящие в ее состав компоненты не относятся к разряду опасных ингибиторов кор­ розии.

Проведенный анализ механизма защитного действия смазки К-17 показал, что при подборе антикоррозионных компонентов для защитных смазок, так же как и для эксплуатационных масел и охлаждающих жидкостей, нельзя ограничиться каким-либо одним соединением. Жидкие защитные смазки должны защищать все сорта металлов, применяемых в сложных системах. Кроме того, следует иметь в виду, что одно и то же поверхностно-актив­ ное вещество (ПАВ) неодинаково адсорбируется не только на различных металлах, но даже на поверхности одного и того же металла. Это можно объяснить адсорбционной неоднородностью поверхности металла. Адсорбция идет не по всей поверхности металла, а лишь в ее активных центрах.

Для различных ПАВ, по-видимому, необходимы различные активные центры, т. е. при наличии в жидкой смазке двух или

227

нескольких поверхностно-активных компонентов, довольно близ­ ких по своему составу, надежность защиты металла от коррозии бу­

дет выше, чем при применении одного компонента в количестве, равном сумме двух или нескольких компонентов. Например, на основании работ В. К. Новикова можно утверждать, что защит­ ные свойства жидкой смазки, имеющей в своем составе 1 % сульфоната кальция и 1 % диалкилсульфидренолята бария, по отношению к различным металлам _лучше, чем защитные свойства этой же смазки, имеющей в своем составе только 2 % диалкилсульфидренолята бария или только 2 % сульфоната кальция, так как вещества в смеси ведут себя по-разному.

8.8. РЕНТАБЕЛЬНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЖИДКОЙ КОНСЕРВАЦИОННОЙ СМАЗКИ К-17 ИТЕХНИЧЕСКАЯ ОБОСНОВАННОСТЬ ПЕРИОДИЧНОСТИ ЕЕ ЗАМЕНЫ

Экономию материальных средств без снижения уровня надежности и сохранности сложных систем следует рассматри­ вать как первоочередную задачу инженерно-технического со­ става, эксплуатирующего эти системы. Чем выше техническая оснащенность изделий, тем большее значение приобретают проб­ лемы экономии. Как бы ни была наша страна богата нефтяными и газовыми ресурсами, их запасы, как и запасы любого другого сырья, ограничены, поэтому, чем больше ресурсов тратится для достижения одной цели, тем меньше их остается для другой. Интенсификация разработки природных богатств резко увели­ чивается, поэтому сроки выработки существующих нефтяных запасов становятся обозримыми.

Экономия смазочных материалов достигается в результате применения новых, наиболее эффективных смазок, а также ра­ ционального использования смазочных материалов (например, установление технически обоснованной периодичности их за­ мены). Так, ориентировочные подсчеты показали, что на сбереже­ ние 1000 т деталей в течение 6 лет при консервации пластич­ ными смазочными материалами затрачивается более 380 тыс. чел.-ч и затраты на сбережение деталей, включая затраты по труду, на материалы и электроэнергию, составляют более 130 тыс. руб. (в расчетах использовалась цена смазочных материалов на август 1992 г.). Затраты на сбережение более сложных узлов и агрегатов резко возрастают, так как для нанесения слоя смаз­ ки агрегат необходимо разобрать, что связано с большими до­ полнительными затратами и необходимостью привлечения вы­ сококвалифицированных специалистов для разборки, сборки и наладки механизмов.

Применение жидких смазок резко снижает затраты на сбе­ режение оборудования. Консервация оборудования такими смаз­ ками в корне отличается от консервации пластичными смазками и содержит следующие основные операции: осмотр оборудова­ ния для определения его состояния, нанесение смазки на внут­ ренние и наружные поверхности, упаковку оборудования. Консервационная смазка на наружные поверхности механизма наносится кистью. При внутренней консервации агрегатов и ме­

228

ханизмов для подачи смазки используют люки и заправочные пробки. Операция консервации агрегатов и механизмов прак­ тически соответствует операциям по техническому обслуживанию.

Консервация механизмов жидкими консервационными смазками значительно менее трудоемка, чем их консервация пластичными смазками. Так, например, на консервацию 39 различных ме­ ханизмов смазкой К-17 было затрачено 1112 чел.-ч. При кон­ сервации этих же механизмов пластичными смазками затра­ чивается 4878 чел.-ч, т. е. почти в 5 раз больше.

Трудоемкость работ при консервации двигателей внутрен­ него сгорания и компрессоров методом статического осушения воздуха также выше (примерно в 5 раз) трудоемкости работ при консервации жидкими смазками (табл. 8.3).

На консервацию пластичными смазками двигателей внут­ реннего сгорания, например двигателей 3-Д6, затрачивается 37 чел.-ч, из них большая часть времени уходит на операцию нанесения смазки на внутренние узлы механизма. При консер­ вации двигателя 3-Д6 с проработкой его на стенде смазка К-17 наносится на внутренние узлы за 10—15 мин (пока двигатель работает на режиме холостого хода), затем через выхлопной коллектор смазка К-17 заливается в цилиндры, при этом опера­ ция по консервации внутренних узлов двигателя выполняется в течение 1 ч. Учитывая, что стоимость одного нормо-часа работ по консервации составляет 0,5 р. и расход жидкой смазки на консервацию одного двигателя не превышает 10 кг по цене 0,5 р. за 1 кг смазки, нетрудно подсчитать общую стоимость работ по консервации одного двигателя 3-Д6 смазкой К-17.

Стоимость консервации механизмов пластичными смазками очень высока. Так, например, консервация двигателей 3-Д6 обходится в 50 р. В то же время гарантийный срок хранения механизмов, законсервированных пластичными смазками, по дан­ ным заводов-изготовителей составляет не более одного года.

8.3. Трудоемкость (человеко-часы) консервации двигателей внутреннего сгорания и компрессоров методом статического

осушения воздуха (с применением силикагеля и эксплуатационных масел) и смазкой К-17

* Норма на весь агрегат.

229

Очень трудоемка ежегодная переконсерваций оборудования, хра­ нящегося на складах или объектах. Так, например, затраты средств на переконсервацию механизмов одного из спецобъектов в течение года составили более 30 000 р. (данные автора). Консервация механизмов жидкими смазками обеспечивает со­ хранность их на срок не менее 5 лет без проведения ежегодной переконсерваций, а только лишь при ежегодном выборочном осмотре примерно 10 % механизмов. Если даже в первом прибли­ жении считать, что скорость работ по консервации механизмов жидкими консервационными смазками составляет 50 % стоимо­ сти консервации их пластичными смазками (в действительности

по одному объекту можно ориентировочно оценить по табл. 8.4. Таким образом, применение жидких консервационных сма­ зок при увеличении срока хранения оборудования до 5 лет толь­ ко в результате снижения трудоемкости выполнения работ по одному объекту дает экономию около 14 400 р. Расчет является приближенным, но он достаточно наглядно показывает, какие значительные средства можно сэкономить от внедрения в практи­ ку консервации жидких консервационных смазок. Экономия при использовании жидких консервационных смазок достигается не только в результате значительного снижения трудоемкости работ и увеличения сроков хранения оборудования без переконсервации. Известно, что для обеспечения длительной сохранности оборудования слой пластичной смазки должен быть 2,5—3,0 мм.

На практике толщина слоя смазки еще больше.

При консервации жидкой смазки на поверхности деталей остается очень тонкий слой смазки — около 0,05—0,1 мм. Из­ лишки смазки стекают с поверхности деталей в картер меха­ низма и могут быть использованы для повторной консервации. Поэтому, несмотря на то, что стоимость жидких смазок К-17 (К-17н) в 3—4 раза выше, чем стоимость пушечной смазки, применение их дает значительный экономический эффект.

Рассмотрим в качестве примера несколько подробнее эко­ номический эффект, получаемый при консервации ЗИПа и мелких деталей жидкими смазками.

230

Согласно ценникам на горюче-смазочные материалы (1991 г.) стоимость 1 кг смазки: К-17 0,5 р., К-17н 0,4 р., пушечной 0,113 р. Расход консервационных смазок на 1 т мелких деталей и ЗИПа при хранении их в складских условиях: К-17 9—10 кг, пушечной 60—65 кг. Продолжительность хранения деталей, законсервиро­

и ЗИПа в течение 5 лет при консервации их смазкой К-17 только лишь по стоимости смазки дешевле на 30,7 р., чем при применении пушечной смазки без учета стоимости работ при ежегодной переконсервации. К тому же жидкие консервационные смазки на­ носят на поверхность в холодном состоянии, в то время как пластичные смазки предварительно должны быть подогреты до

температуры 110—120 °С для их обезвоживания, а наносят их на поверхности при температуре 75—90 °С. На подогрев смазки затрачивается большое количество электроэнергии, пара, воды, что удорожает консервацию.

Значительную экономию получают и при расконсервации оборудования. Для удаления пластичных смазок из внутренних узлов и механизмов их необходимо разобрать, затем вновь со­ брать и отрегулировать. Механизмы, законсервированные жид­ кой смазкой, расконсервируют без разборки, расконсервация практически сводится к замене смазки в механизме.

При более тщательном подсчете необходимо учитывать: расходы, связанные с хранением и транспортированием смазок; расходы обтирочных и промывочных материалов, тары; эконо­ мию благодаря уменьшению амортизационных расходов произ­ водственных площадей (цехов консервации) и складских помеще­ ний, что связано с унификацией масел и смазок, в результате которой для консервации сложных систем рекомендована только одна смазка К-17 (вместо применявшихся ранее 30 марок сма­ зок). Экономический эффект получают при установлении тех­

дованной периодичности замены смазок в 4—5 раз ниже, чем. при существующей периодичности замены, соответственно рас­ ход смазок уменьшается в 3—4 раза.

Применение жидких консервационных смазок типа К-17 оказывает существенное влияние на готовность изделий к вы­ полнению поставленной задачи. Особенно это касается изделий военного назначения, когда выполнение поставленной задачи строго регламентировано временем. Существенное измене­ ние коэффициента готовности изделия зависит от времени рас­ консервации деталей и узлов, находящихся в ЗИПе. Так, напри­ мер, если принять, что время расконсервации при исполь­ зовании жидких смазок в k раз меньше, чем при использовании пластичных смазок, то и коэффициент готовности изделий соот­ ветственно увеличится на

231

8.5. Трудозатраты при фактической и рекомендованной периодичности замены смазок в подшипниковых узлах различных технических систем

где /в — время восстановления отказавшей детали или узла после расконсервации (применялась жидкая смазка) и установки их на

пластичной смазки, регулирование u ,МЯ На РасконсеРваИию от изделие составляет /в,= 5 ч. В cnv " УстановкУ компрессора на жидкой смазкой время на ее пао*^6 к°нсервации компрессора

232