Transcript 10. Kenőolajok,kenőzsírok

MŰSZAKI KÉMIA
ELŐADÁSOK GÉPÉSZMÉRNÖK HALLGATÓKNAK
10. Kenőolajok, kenőzsírok
Dr. Bajnóczy Gábor
BME
Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék
AZ ELŐADÁS ANYAGA, KÉPEK, RAJZOK
KIZÁRÓLAG OKTATÁSI CÉLRA,
KORLÁTOZOTT HOZZÁFÉRÉSSEL
HASZNÁLHATÓK !
INTERNETRE KORLÁTLAN HOZZÁFÉRÉSSEL
FELTENNI TILOS !
Kenőolajok,kenőzsírok
Kenőolajok feledatai:
-Egymáson elmozduló felületek között fellépő súrlódási ellenállás csökkentése
-Dugattyús gépeknél a jó tömítés biztosítása
-Surlódáskor keletkező hő elvezetése
Szilárd testek súrlódása:
- Tiszta folyadéksúrlódás: két felület között folyamatos olajréteg, elmozduláshoz
a szorító erő 0,1 – 0,5 %-ka kell.
- Félfolyadéksúrlódás: a kenőanyag jelentős része kiszorul az egymáson elcsúszó
felületek közül elmozduláshoz a szorító erő 0,5 – 1 %-ka kell.
- Határsúrlódás: a kenőanyag szabadon mozgó részecskéi teljesen kiszorulnak
a felületek közül, mindkét felületen csak egy molekuláris méretű
tapadó réteg marad vissza, elmozduláshoz a szorító erő
1 – 10 %-ka kell.
- Száraz súrlódás: kenőanyag teljes hiánya a felületek között, elmozduláshoz
a szorító erő 10 – 50 %-ka kell.
Lenni vagy nem lenni ?
Folyni vagy
nem folyni ?
Hamlet a Dán királyfi
Hamlet a gépész
Kenőolajok viszkozitása
Kenőanyagok legjellemzőbb tulajdonsága
elmozduláshoz
szükséges erő
[Newton]
dv
F=ηA
dx
dinamikai
viszkozitás
[N s/m2]
felület
[m2]
elmozdulás sebessége
[m/s]
az elmozduló rétegek
egymástól való távolsága
[m]
1 N s/m2 = 1 Pa s
Az egy [Pa s] olyan laminárisan áramló homogén közeg dinamikai viszkozitása,
amelyben két egymástól párhuzamos, egymástól 1 m távolságban lévő, 1 m/s
sebesség különbséggel áramló sík réteg, a réteg felületének 1 m2-én 1 Newton
csúsztató erő jön létre.
A kinematikai viszkozitás [m2s-1] a dinamikai viszkozitás [Pa s] és a
sűrűség [kg/m3] hányadosa
Kenőolajok viszkozitása
Viszkozitási index
Önkényes referencia választás:
1. Egy texasi nafténes kőolajból előállított olajok viszkozitási indexe = 0
(ezen olajok viszkozitása nagymértékben változik a hőmérséklettel)
2. Egy pennsylvániai paraffinos kőolajból előállított olajok
viszkozitási indexe = 100
(ezen olajok viszkozitása kismértékben változik a hőmérséklettel)
A számításhoz ismerni kell a kenőolaj kinematikai viszkozitását [mm2s-1]
40 °C-on és 100 °C-on
L–U
Viszkozitási index = L – H
U:
a vizsgált olaj kinematikai viszkozitása 40 °C-on [mm2s-1]
L: annak a 0 indexű referenciaolajnak a 40 °C-on mért viszkozitása [mm2s-1], amelynek
100 °C-on mért viszkozitása egyenlő a vizsgált olaj 100 °C-on mért viszkozitásával [mm2s-1]
H: annak a100-as indexű referenciaolajnak a 40 °C-on mért viszkozitása [mm2s-1], amelynek
100 °C-on mért viszkozitása egyenlő a vizsgált olaj 100 °C-on mért viszkozitásával [mm2s-1]
Táblázatban a vizsgált olaj 100 °C.on mért viszkozitásához tartozó
L és H értékek megtalálhatók
Nagyobb viszkozitási index kisebb viszkozitás változás a hőmérséklettel
Kenőolajok előállítása
Alapanyag: paraffinos párlatok és a gudron
Propános extrakció
bitumen
A paraffinos olajok nem kívánatos komponensei
- nagy molekulatömegű nyíltszénláncú paraffinok (kristályosodás miatt )
- aromás nafténes anyagok (könnyen oxidálódnak)
- nyílt szénláncú telítetlen szénhidrogének (gyantásodási hajlam miatt)
- gyantás, aszfaltos anyagok (kokszosodási hajlam miatt)
Ezek után mi az ami marad ? Főleg elágazó szénláncú paraffinos szénhidrogének
Kenőolajadalékok I.
Oxidációgátló adalékok
Az alábbi káros folyamatok megakadályozására
Korrózió veszély
110 °C – 140 °C
Paraffin váz láncvégei + oxigén
zsírsavak és hangyasav
150 °C – 170 °C
Aromás vegyületek + oxigén
nagymolekulájú kondenzátumok,
iszap képződés
Gátló mechanizmus: Az oxidáció első lépéseként keletkező peroxidok
hatástalanítása pl.: szerves foszfor tartalmú inhibitorokkal
Kenőolajadalékok II.
Korróziógátló adalékok
A fém felületére adszorpciós rétegként tapadva megakadályozzák a
korróziót okozó anyagok fémmel történő közvetlen érintkezését.
Pl.: olajban oldódó zsíralkoholok, fémszappanok (kálcium-sztearát),
trietanol-amin, sztearil-amin
Kenőolajadalékok III.
Dermedéspont-csökkentő adalékok
Feladata: a kenőolaj áramlásának fenntartása alacsony hőmérsékleten
A hőmérséklet csökkenésével a kenőolajból hosszúkás paraffin kristályok
válnak ki, amelyek szénakazal szerkezete miatt bedermesztik az olajat
T1 = T2
T1
T2
Adalék nélkül
Adalékkal
Dermedéspont – zavarosodási pont = 3 – 5 °C
Dermedéspont – zavarosodási pont = 10 – 20 °C
Pl.: polimetakrilsav észterek
Kenőolajadalékok IV.
Viszkozitás-módosító adalékok
Feladata: a kenőolaj viszkozitás csökkenésének mérséklése növekvő
hőmérsékleten
T1
T1 < T2
T2
alacsonyabb T1
hőmérsékleten
a hosszú szénláncú
molekulák
összehúzódnak,
egymáson
könnyen elcsúsznak
Pl.: poliizobutilén, polisztirolok, polimetakrilátok
magasabb T2
hőmérsékleten
a hosszú szénláncú
molekulák
kinyújtózkodnak,
egymással
összeakadva
fékezik a viszkozitás
csökkenést
Kenőolajadalékok V.
Detergens típusú adalékok
Feladata: az üzemközben képződő korom, gyantás anyagok kiülepedésének
megakadályozása
apoláros
koromszemcse
adalék poláros
részének negatív
töltése megakadályozza
a részecskék összetapadását
adalék
apoláros
része
adalék
poláros
része
Savmegkötő is,
csak dízelolajokhoz
a fémoxid zárlatossá
teheti a gyertyát
Kenőolajadalékok VI.
Habzásgátló adalékok
Feladata: az üzemközben fellépő olajhabzás megszüntetése, amely
az olajfáradás következtében növekszik
nyomóerő
nyomóerő
+ habzásgátló
a habzásgátlók a folyadék felszínén adszorbeálódva
merev, könnyen törhető, rugalmatlan réteget alakítanak ki,
0,001 – 0,0001 %-ban is hatásosak
Kenőolajadalékok VII.
Kenőképesség növelő adalékok
Feladata: a száraz súrlódás megakadályozása a kenőfilm időleges szakadásakor
Az apoláros olaj
kiszorul a felületek
közül
Az apoláros olaj
kiszorul a felületek közül,
de a maradó tapadó-réteg
megakadályozza a
száraz súrlódást
Pl.: észterek, így a biodízel is
Kenőolajadalékok VIII.
Kopásgátló adalékok
Feladata: nagy nyomó erők esetén felületi egyenetlenségek összehegedésének
megakadályozása
A szerves klór, kén, foszfor, nitrogén
tartalmú vegyületek a hő hatására
bomlanak és a felszabaduló
klór, kén, foszfor, nitrogén
pillanatszerűen reagál az olvadt fémmel
és nem hegedő szervetlen vegyület
képződik.
HŐVILLANÁS (500 – 1000 °C, összeheged)
Hűtő-, kenőfolyadékok
Fém megmunkálás esetén (esztergálás, marás) a nem kívánatos mértékű
felmelegedés megakadályozására szolgálnak
Biztosítja a kenést és a hőelvezetést
Összetétel: kenőolaj és víz emulziója
Adalékok:
- emulgeátor biztosítja a stabil emulziót
- jelentős mennyiségű kopásgátló
- a víz jelenléte miatt baktericid adalék
( bomlástermékek szerves savak !)
Az elhasznált hűtő-, kenőolajat nem szabad fáradt olajjal összekeverni
az esetleges klór-paraffin tartalom miatt !
Szintetikus kenőolajok
Az olajat megadott kenési céllal tervezik, így lényegesen jobb tulajdonságúak
Lényeges előnyük, hogy a csereperiódus végén is közelítőleg megtartják
eredeti tulajdonságukat.
Szilárd kenőanyagok
Felhasználási hely: lassú mozgású, nagy terhelésű, magas hőmérsékletű,
nehezen hozzáférhető helyeken
Grafit, molibdén-diszulfid, puha fém bronz vagy réz, esetleg teflon
felület kiegyenlítő
A teflon nem mindig alkalmas, mert pozitív hatásként
csökkenti a hézagtérfogatot, de felületéről letaszítja
az olajat, így később nő a kopás !
A rétegek elcsúsznak egymáson
A molibdén-diszulfid gyakori olajadalék
grafitrács
Kenőolajok osztályozása
Viszkozitás szerint
Orsóolaj < gépolaj < motorolaj < hengerolaj
szintetikus
félszintetikus
ásványolaj alapú
Egyfokozatú téli olaj pl.: 25 W egyfokozatú nyári olaj: 60
Többfokozatú (multi grade) olaj: 15W - 40
Kenőolajok osztályozása
Teljesítmény szerint
Nagyon sokszor változott !
2006-tól érvényes:
Benzinüzemű személygépkocsik: A1, A2, A3, ….
Dízelüzemű személygépkocsik: B1, B2, B3, . . .
Katalizátorbarát motorolajok: C1, C2, C3, ……
Dízelüzemű haszongépjárművek: E1, E2, E3, E4 . . .
újabban összevonják
A1/B1
Kenőzsírok
Környezeti és üzemi hőmérsékleten is közelítőleg alakállandók
Felhasználási terület : gördülőcsapágyak, gömbcsuklók
Összetétel: a kenési követelményeknek megfelelő kenőolaj + vázszerkezet
Vázszerkezet: zsírsavak fémmel alkotott sói, azaz szappanok
Fém bázis
jele
szerkezet
vízállóság
Kálcium bázisú
Nátrium bázisú
Lítium bázisú
KZS
NZS
LZS
szivacs
textil
bogáncs
vízálló
nem vízálló
vízálló
cseppenés pont
alacsony
magas
magas
Nyomás hatására a vázszerkezetből az olaj kiáramlik, majd az erőhatás
megszűnte után a vázszerkezet az olajat visszaszívja
Ismétlődő mechanikai hatásokra a vázszerkezet fokozatosan tönkremegy,
a kent területet újra kell zsírozni.