Почему пенится масло в коробке передач: причины и способы их устранения

Металлическая стружка, фрикционная пыль и другие трансмиссионные отходы будут осаждаться на поверхности механизмов, в гидроблоке, в тонких магистралях и радиаторе. Масляный фильтр забьется — жидкость будет проходить через него с меньшей интенсивностью. Теплоемкость и теплоотдача ATF снизится, и система перегреется. В итоге элементы АКПП выйдут из строя.

Пена в масле из-за попадания воздуха

Газ может попасть в АКПП при малом количестве ATF. Насос вперемешку всасывает воздух, образуя масляно-водную эмульсию. Такая смесь изменяет изначальные свойства  жидкости, присадки перестают работать, масло начинает пениться.

Превышение уровня ATF также ведет к негативным последствиям. Вращающиеся детали коробки подхватывают излишки и пенят масло АКПП, как блендер, увеличивая объем жидкости и образуя пузырьковую массу.  Избыток выплеснется наружу. Давление в системе снизится. Работа АКПП нарушится.

В редких случаях газообразование внутри системы происходит из-за негерметичности конструкции: незатянутые соединения, разрыв шлангов, трещины в корпусе, пробои. Также причиной может стать загрязнение или износ фильтра масляного насоса, усыхание прокладок, повреждение уплотнителей и сальников. Масло смешивается с газом и пенится.

Пена в масле из-за превышения его срока использования

Производители рекомендуют менять ATF каждые 60 000 км. При агрессивном стиле вождения, в жарком климате и ежедневном простаивании в пробках период нужно сократить до 30 — 50 000 км, не дожидаясь, пока масло начнет пениться и чернеть. Даже в необслуживаемых АКПП необходимо делать аппаратное или частичное обновление жидкости.

В зависимости от типа основы масла срок его замены может варьироваться:

Для сравнения: в вариаторе замена масла на синтетике требуется по прошествии 30 000 км, в МКПП — через 60 000 км.

Рабочий процесс автомата происходит на высоких скоростях вращения множества элементов в жидкостной среде. Грязная ATF теряет свои свойства и структуру, что приводит к вспениванию старого масла АКПП с последующим ускорением износа деталей.

Чрезмерный перегрев

О повышении рабочей температуры в АКПП подскажет индикатор на приборной панели или самостоятельная диагностика с помощью сканера типа ELM327. Почему пенится нагретое масло АКПП?

Причины все те же:

• трансмиссионная жидкость теряет свои свойства при температуре выше 120℃;
• структура масла становится гуще или жиже, в зависимости от АКПП;
• теплоемкость и теплоотдача ATF снижается.

Узел работает неправильно, риск выхода из строя всего агрегата повышается.

Неправильное смешивание

В целях экономии автовладельцы покупают трансмиссионную жидкость отличную от рекомендуемой производителем. Смесь ATF из канистр разных фирм вступает в химическую реакцию. Из-за несовместимых присадок масло АКПП будет обильно пениться.

Что делать водителю

Первыми сигналами неисправности в автомате будут толчки и рывки при переключении передач. Далее АКПП начнет пропускать или блокировать передачи, а затем выйдет из строя гидравлическая и электронная части.

Чтобы не пропустить момент, когда масло начинает пениться, нужно регулярно проверять его уровень и качество. Достоверные измерения получаются только после разогрева рабочей жидкости до 80 — 90℃:

1. Предварительно проехав 10 — 20 км, автомобиль останавливают на горизонтальной площадке.
2. Селектор выставляют на «P» или «N» в зависимости от модели трансмиссии.
3. На холостом ходу достают измерительный щуп, насухо вытирают, вставляют обратно в трубу на 5 с и снова достают.
4. Правильный уровень ATF находится между насечками показателя «Hot».
5. Красный или светло-желтый цвет масла говорит о хорошем состоянии.
6. При проверке консистенции масло должно сразу впитываться в салфетку.

В зависимости от производителя алгоритм проверки может меняться, например, у Honda щуп проверяют после глушения двигателя.

Устранение неполадок

Если уровень ATF ниже отметки «Hot»:

1. Нужно осмотреть днище автомобиля в поисках утечек из АКПП и провести ремонт при обнаружении оборванных шлангов, деформированных деталей, износившихся прокладок;
2. Долить в коробку ту же ATF, которое залито, до требуемого уровня.

Когда масло пенится, его объем увеличивается, поэтому уровень на щупе будет выше верхней насечки. Чтобы точно убедиться, при повторной проверке разогретый двигатель глушат и выжидают пока жидкость отстоится. Излишки масла вытягивают с помощью технического шприца и тонкой трубки.

Если пена в масле КПП возникла из-за старения, перегрева, неудачного микса различных жидкостей:

1. Снять и промыть поддон.
2. Полностью слить непригодную жидкость.
3. Заменить фильтры.
4. Прочистить радиатор.
5. Залить свежую жидкость, рекомендованную производителем.

В самых запущенных случаях потребуется переборка, диагностика и замена частей АКПП. Чтобы не доводить трансмиссию до ремонта, нужно учитывать конструктивные особенности как бензиновой, так и дизельной АКПП при эксплуатации:

• резкие движения на старте и при торможении перегружают гидротрансформатор;
• при долгом буксовании или буксировании тяжелых прицепов автомат перегревается из-за высоких нагрузок;
• АКПП нуждается в регулярном обслуживании.

Заключение

Масло в автоматической КПП  пенится  в основном из-за отклонения уровня и низкого качества жидкости. Проверка ATF не реже 1 раза в месяц поможет вовремя устранить неисправности и избежать сложного ремонта.

Почему пенится масло в коробке передач: причины и устранение

АКПП – это скоростная коробка, имеющая сложное строение, которая обеспечивает удобство и простоту управления транспортным средством. Чтобы данная коробка преждевременно не вышла из строя, необходимо своевременно осуществлять замену масла. При данной процедуре стоит обращать внимание на его цвет, консистенцию.

Почему пенится масло в коробке передач?

Основные причины вспенивания масла АКПП

Вспененное масло

Коробка «автомат» требовательна в обслуживании. Для нее необходимо использовать запчасти, трансмиссионное масло высокого качества. Если залитая трансмиссионка начала вспениваться, то это свидетельство того, что АКПП имеет неисправность в результате износа составляющих частей коробки.

Итак, если пенится масло в АКПП, причины могут быть следующие:

• недостаточная смазка внутренних компонентов коробки;
• низкое качество трансмиссионной жидкости;
• было осуществлено добавление нового масла выше положенной нормы;
• в смазочную систему коробки попал воздух.

В дополнении, вспенивание может появиться, если часто совершать поездки на высоких скоростях по пересеченной местности или постоянно простаивать на светофоре. Из-за этого на коробку приходятся дополнительные нагрузки. Следствие этого – залитое масло выработает свой ресурс, начинает пениться.

В случае наличия недостаточной смазки внутренних элементов КПП, будет отмечаться повышение температуры коробки, что способствует снижению ее рабочего ресурса. Большая температура данного агрегата приводит к быстрому износу ЭБУ.

Еще одной причиной того, что масло в АКПП пенится, является смешивание трансмиссионных жидкостей разных марок. Из-за этого образовывается пена, масло не будет выполнять своих функций, результат – быстрый износ рабочих узлов и деталей КПП.

Варианты устранения вспенивания масла в АКПП

Отметки на щупе

В целях профилактики, чтобы проверить вспенилось масло или нет, следует периодически осуществлять его проверку. Специально для этого многие современные версии авто оснащаются специальным щупом. Проверка должна происходить на прогретой машине. Как правило, при недостатке масла, оно начинает пениться, независимо от того, какой тип коробки на автомобиле установлен. В данном случае правильным действием будет добавление новой трансмиссионной жидкости.

Вспениваться масло может и в том случае, если попал в трансмиссию воздух. Один из выходов из сложившейся ситуации – проверка целостности установленных шлангов. На них не должно отмечаться повреждений, сколов. Также, целесообразно проверить сальники, прокладки, систему гидроблока. Попадать воздух может при нарушении герметичности присутствующей маслозаборной магистрали.

Если продолжать дальнейшую эксплуатацию автотранспорта, будет отмечаться течь, ухудшаться качество трансмиссионной жидкости.

Вспенивается масло и потому, что оно утратило свои качества. Как правило, это возникает при длительной эксплуатации транспортного средства. В большинстве случаев необходимость смены  трансмиссионной жидкости в АКПП назначается при 60000 км пробега. Для автоматической трансмиссии рекомендуется использовать синтетические масла, которые сохраняют свои свойства на протяжении длительного времени. Если после того как была заменена жидкость проблема не исчезла, необходимо обратиться за диагностикой в сервисный центр.

Пенящееся масло в АКПП – это признак того, что в коробке  имеется недостаток или избыток трансмиссионной жидкости. При наличии повышенного объема масла, лишнее количество сливается, а при недостаточном – жидкость добавляется до необходимого уровня.

В чем заключается опасность перелива? Трансмиссионная жидкость может вспениться, если во время ее замены допускались нарушения, было добавлено больше положенного количество масла. Среди признаков, указывающих на это, стоит выделить возникновение характерных рывков, когда происходит переключение скоростей. Кроме того, излишки масла будут попадать на свечи зажигания.

Для конкретной марки авто приобретается трансмиссионная жидкость соответствующего класса. К функциям трансмиссионных масел относится предотвращение износа поверхностей деталей КПП, отвод тепла, защита от коррозии внутренних элементов. Они отличаются по индексу вязкости, противоизносным свойствам и т.д. Использование автовладельцем масел низкого качества приводит к повышенному износу системы трансмиссии.

Как не допустить возникновения пены?

В целях профилактики, автомобилист должен периодически проверять уровень масла в КПП, обращать внимание на поведение машины при передвижении, когда переключаются скорости.

Таким образом, присутствие пены в масле свидетельствует о неисправности коробки передач. Выделяется много причин вспенившегося топлива в КПП, начиная от того, что в коробку проник воздух, заканчивая тем, что имеется утечка жидкости через уплотнительные элементы. Определить точный характер неисправности возможно, если осуществить полноценную диагностику транспортного средства.

Причины и способы устранения вспенивания масла в коробке передач

В коробке передач автомобиля находится масло, которое периодически нужно проверять, оценивать его состояние и, при необходимости, производить замену. Во время очередной такой проверки на щупе могут быть обнаружены мелкие пузырьки. Такая ситуация будет свидетельствовать о наличии проблем в работе коробки передач. Если не будут предприняты соответствующие меры, то рабочий узел будет интенсивно изнашиваться и в скором времени выйдет из строя.

В результате вспенивания масла снижается эффективность смазывания внутренних деталей механизма. Коробка интенсивно нагревается, передачи переключаются сложнее, электроника не справляется с нагрузкой и в конечном итоге весь механизм выходит из строя. Дальше потребуется дорогостоящий и сложный ремонт или полная замена всей коробки.

Нужно своевременно реагировать на такую ситуацию, без промедления проводить диагностику и устранять причину появления пены в смазочной жидкости. Нам предстоит разобраться в сложной и важной проблеме, которая может коснуться каждого автомобилиста.

Причины вспенивания масла АКПП

Многие факторы могут вызвать образование пены в масле трансмиссии. Устранение проблемы всегда должно начинаться с диагностики и выявления причины. Так будет проще убрать пену и предотвратить её дальнейшее образование. Ниже будут изучены все причины, по которым пенится масло в АКПП.

Неправильное смешивание

Когда требуется осуществить замену технических жидкостей, в частности, масла в трансмиссии, многие автовладельцы поддаются соблазну экономии. Жидкости не меняются полностью, а доливается новое масло до необходимого уровня. В этом случае происходит смешивание разных жидкостей, что недопустимо. Жидкости, выпущенные разными производителями, или, имеющие разную маркировку, не должны смешиваться друг с другом, в противном случае можно столкнуться с образованием пены.

Почему же пенится масло в коробке передач? Всё дело в химических реакциях, которые происходят между составляющими разных смазочных составов. Такая ситуация приводит к утрате защитных и эксплуатационных свойств смазки.

Выход из такой ситуации может только один — полноценная замена состава, залитого в коробку передач. Всё содержимое сливается, а механизм промывается с использованием особого состава. Важно использовать специальную промывку, поскольку она способна удалить остатки старой смазки, непригодной к использованию. Процесс промывки должен повторяться до тех пока, в жидкости не будет оставаться следов масла. Перед промыванием необходимо снять фильтр, если он присутствует. Перед заливкой новой смазки фильтрующий элемент устанавливается на прежнее место.

Аномальный уровень масла

Смазочная жидкость должна удерживаться на определённом уровне, который является оптимальным для нормальной работы устройства. Излишек, равно как и недостаток, — это нарушение эксплуатации автомобиля, что обязательно приведёт к серьёзным последствиям, если не будет своевременно устранено.

Среди автомобилистов «гуляет» мнение о том, что несколько завышенный уровень масла в коробке передач благотворно сказывается на её работе. Это утверждение верно только для некоторых моделей авто, а в большинстве случаев оно является неверным. К сожалению, многие водители прислушиваются к такому суждению и нарушают нормы, установленные производителем машины. Например, автомобили Mercedes-Benz, Toyota, Volkswagen, BMW крайне чувствительны к завышенному уровню масла в трансмиссии. Перелив смазки может привести к разорванным прокладкам, неисправным клапанам и выходу из строя фрикционов.

Не менее опасным является низкий уровень масла в коробке передач. Здесь совершенно неважен тип трансмиссии: и в механике, и в автомате, и в вариаторе одинаково часто возникают поломки из-за масла, которое пенится. Даже очень надёжные механизмы не выдерживают такой эксплуатации.

Воздух в трансмиссии

Масло пенится в автомате и механике из-за попадания воздуха в большом количестве. Он вытесняет масло, замещая его. Воздух может попадать из-за разгерметизации узлов, например, при разрыве шланга или через трещины. Автомобиль в таком состоянии эксплуатировать категорически запрещается, поскольку при каждом пройденном километре количество масла будет быстро снижаться.

Чтобы выявить такую проблему, необходимо тщательно осмотреть автомобиль, в частности коробку передач. Особенное внимание нужно уделять следующим элементам:

• сальники;
• плита, которая соединяет мотор с коробкой передачи;
• кольца;
• прокладки;
• нижняя часть корпуса.

Протечки удобно определять по следам вытекающей жидкости, которая будет иметь характерный цвет. Мало будет устранить течь и вернуть системе прежнюю герметичность. Придётся промывать коробку передач и полностью менять жидкость. Ведь внутрь вместе с воздухом могла попасть грязь, которой там точно не должно быть.

Превышения срока использования масла

Любая смазочная жидкость не может работать вечно. Со временем она утрачивает свои эксплуатационные свойства, потому требуется периодически выполнять замену. В инструкции к авто указываются интервалы для замены смазки в трансмиссии, которые будут безопасны для ТС. Они всегда указываются с некоторым запасом, потому отклонения в большую сторону возможны.

Есть общие цифры, которые примерно подходят всем авто. Если их придерживаться, то срок службы трансмиссии существенно увеличится:

• срок службы минеральной смазки в автомате ограничивается 20–30 тысячами км;
• синтетическая смазка в автомате может исправно служить около 50 тысяч км;
• минеральная техническая жидкость в механику должна заливаться через каждые 30 тыс. км;
• синтетика в механике требует замены через каждые 70 тыс. км.;
• новая синтетика в вариатор заливается через каждые 30 тыс. км.

Мы изучили практически все причины, заставляющие масло в АКПП, механике и вариаторе пениться. Осталось совсем немного.

Чрезмерный перегрев

Появление пены в смазочной жидкости может появляться в результате её высокого нагрева. Такая ситуация может возникать при агрессивной езде. Автоматическая коробка посылает на панель приборов сигнал о превышении температуры нагрева масла. С механикой всё сложнее, поскольку водителю приходится только догадываться о температуре смазки.

Если автомобиль участвует в спортивных состязаниях, то коробка передач обязательно должна быть оборудована системой измерения температуры масла и оповещения при достижении критического уровня. В автомобиле, который эксплуатируется в условиях большого города, преодолевает бездорожье и испытывает высокие нагрузки, замена масла должна осуществляться чаще.

Важность своевременного ремонта

Проблему выявили? Причину определили? Самое время заниматься её устранением. Кстати, с этим тянуть никак нельзя. В противном случае, при эксплуатации авто с пенящимся маслом уже после 10 тыс. км можно остаться один на один с поломанным автомобилем. Такой ремонт будет стоить в десятки раз дороже, чем своевременное устранение причины.

При невозможности устранения причины неисправности придётся обращаться в СТО для проведения диагностики. Нужно выбирать автосервис с хорошей репутацией. Каждая минута дорога, это важно понимать каждому автомобилисту.

Общие рекомендации и профилактика

В конце нашего разговора хотелось бы указать на некоторые рекомендации и методы профилактики. При их соблюдении вспенивание смазочной жидкости будет выявляться на начальной стадии и своевременно устраняться.

1. Уровень смазочной жидкости в двигателе и коробке передач должен проверяться каждую неделю, максимум — раз в месяц, но не реже.
2. Замена технической жидкости должна осуществляться в сроки, указанные в инструкции к автомобилю.
3. Агрессивный стиль езды сильно изнашивает автомобиль, в том числе, вызывает перегрев масла и появление пены.
4. В режиме Parking нужно отмечать все изменения в поведении авто.
5. При малейших изменениях и появлении первых признаков поломки необходимо заниматься диагностикой и ремонтом автомобиля.

Любой автомобиль требует ухода и заботы. На это он ответит безукоризненной работой и чётким реагированием на команды водителя. Любую поломку лучше предупредить и устранить на ранних стадиях. В противном случае, автомобиль можно заглохнуть посреди дороги и стать для своего владельца настоящей проблемой.

Причины и способы устранения пенообразования в масле

Пенообразование — обычная проблема для компонентов, смазываемых маслом. Устранение неполадок может быть трудным, и по этой причине точное тестирование для определения основной причины вспенивания имеет важное значение.

Симптомы

Пена — это совокупность мелких пузырьков воздуха, которые накапливаются на поверхности жидкости или рядом с ней. В тяжелых случаях пена может вытекать из машины через сапуны, смотровые стекла и щупы.Пена является эффективным теплоизолятором, поэтому температуру масла трудно контролировать. Наличие пузырьков воздуха в жидкости может привести к чрезмерному окислению, кавитации, снижению смазывающих свойств масла и выходу из строя гидросистемы.

Причины

Причин вспенивания много. К наиболее распространенным относятся:

• Загрязнение воды

• Загрязнение твердыми частицами

• Истощенный пеногаситель (возможно, из-за использования сверхтонкой фильтрации и технологий электростатической сепарации)

• Механические проблемы (вызывающие чрезмерную аэрацию жидкости)

• Переполнение поддона отсеками со смазкой разбрызгиванием и ванной

• Перекрестное загрязнение жидкости неправильной смазкой

• Загрязнение жидкости консистентной смазкой

• Слишком много пеногасителя из-за неправильной рецептуры или неправильной реконструкции (подслащивания) пакета присадок

Измерение

Первыми попытками тестирования должны быть количественное определение воды и подсчет частиц.Такие загрязнения часто способствуют образованию пузырьков воздуха, поскольку они создают точку зарождения пузырьков воздуха. Важно использовать методы дегазации для подготовки жидкости перед подсчетом частиц. Если у вас есть проблема с пенообразованием, пузырьки воздуха в жидкости в противном случае вызовут аномально высокое количество частиц, и это может привести к попытке неправильного решения.

Если подсчет частиц не выявляет какого-либо значительного загрязнения, попробуйте провести тест с использованием тонкой фильтровальной бумаги (один микрон или меньше).Внимательно осмотрите пластырь под большим увеличением. Вы также можете провести тест на нерастворимость пентана (ASTM D4055-E). Это позволит количественно определить очень мелкие загрязнения, которые могут давать зародышеобразователь.

Попросите вашу лабораторию провести тесты на склонность к пенообразованию и стабильность пены. Эти тесты описаны в стандарте ASTM D892 и проводятся вместе. Склонность к пенообразованию описывает количество пены, образовавшейся сразу после взбалтывания и аэрации жидкости, а стабильность пены определяет количество пены, остающейся через 10 минут после прекращения аэрации.

Тест позволяет использовать «Вариант А», который обеспечивает хорошее перемешивание пеногасителя и суспендирование его в смазке до начала тестирования. Этот вариант следует запрашивать для трансмиссионных масел из-за природы пеногасителя, обычно используемого в этих жидкостях. Сравнение тенденции и стабильности может указывать на наличие механической проблемы, а не на проблему с добавкой / загрязнением.

Перекрестное загрязнение жидкости другой смазочной жидкостью обычно способствует пенообразованию и другим проблемам.Аддитивные помехи препятствуют правильной работе пеногасителя. Чтобы проверить это, проанализируйте образец нового масла из вашего хранилища на предмет его элементарной сигнатуры и сравните его с образцом отработанного масла. Сигнатура присадки использованного масла должна быть такой же, как и у нового масла, но возможны небольшие отличия (из-за истощения присадки).

Обратите особое внимание на элементы, обычно содержащиеся в присадках (кальций, магний, бор, молибден, фосфор, сера и т. Д.), Которые присутствуют в отработанном масле, но не присутствуют в новом масле.Также следите за элементами в отработанном масле, которые могут указывать на загрязнение смазки, если это возможно.

Анализ образца нового масла из вашего хранилища и отработанного масла вместе даст вам знать, был ли компонент долит неправильной жидкостью, но он не вызовет никаких сигналов тревоги, если произошло перекрестное загрязнение во время составления смазки или в хранилище. . Если вы не видите здесь никаких признаков перекрестного загрязнения, попробуйте взять образец нового масла из другой партии смешивания.

Следует также рассмотреть возможность использования инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR), снова используя образцы нового масла и отработанного масла. Необходим расширенный анализ спектров. FTIR особенно полезен, если были смешаны жидкости с разными базовыми компонентами.

Возможные решения

Надеюсь, ваше тестирование выявит некоторые возможные причины чрезмерного вспенивания масла.

Практически во всех случаях потребуется замена масла или хотя бы частичный слив и доливка масла.Если основной причиной было какое-либо загрязнение, также потребуется промывка. Это может стать дорогостоящим для систем большого объема; поэтому в некоторых случаях можно рассмотреть возможность восстановления смазки. Имейте в виду, что это не всегда работает и, скорее всего, будет приостановкой казни, а не помилованием.

Убедитесь, что вы устранили причину проблемы, прежде чем проводить слив и промывку. В случае загрязнения твердыми частицами и водой, прежде чем прибегать к фильтрации, сконцентрируйтесь на управлении проникновением загрязняющих веществ, насколько это возможно.Это особенно важно для трансмиссионных масел, где тонкая фильтрация может удалить присадку из жидкости.

Если проблема связана с перекрестным загрязнением другим маслом, обратитесь к решению с помощью идентификации жидкости (цветовой кодировки) и обучения. Если загрязнение консистентной смазкой привело к образованию пены, убедитесь, что рассчитаны правильные количество и частота повторной смазки и соблюдаются ли они. Механические проблемы могут быть связаны с конструкцией резервуара, геометрией обратного канала масла или утечками воздуха из трубопровода на стороне всасывания.

Устранение неполадок с пенообразованием может быть сложным процессом, но путем устранения вы сможете определить и устранить основную причину.

Подробнее о вспенивании масла:

Как исправить проблему пенообразования

Контроль аэрации масла и пены

Устранение условий, вызывающих пенообразование

боевых слов: трансмиссионные масла и пена

Вспенивание трансмиссионного масла не только создает беспорядок, но и может привести к снижению производительности и преждевременному выходу из строя.Понимание условий, вызывающих образование пены, может удержать ее от неконтролируемого вращения.

Вспенивание промышленных редукторов — одна из самых частых жалоб поставщиков трансмиссионных смазок. Пена не перекачивается и не циркулирует, что снижает эффективность смазки, что приводит к ускоренному износу шестерен и перегреву. Пена также может создавать угрозу безопасности, когда проливается на пол. Неудивительно, что когда возникает пена, заказчик хочет, чтобы она была устранена и быстро!

Хотя любая трансмиссионная смазка может вспениваться, проблема чаще всего возникает в более тяжелых условиях.По словам консультанта по смазочным материалам Анджелины Кард-ис, пена является большой проблемой для ветряных турбин, где высокие скорости и нагрузки вызывают сильное взбивание, которое может уносить воздух в масло. Другими проблемными приложениями являются оборудование, в котором присутствуют грязь и вода, например, цементные, сталелитейные и бумажные комбинаты, а также пищевая промышленность.

Независимо от области применения, опытный пользователь может предпринять некоторые меры для предотвращения пенообразования в трансмиссионных маслах. Отраслевые эксперты предлагают свои советы, как избежать или вылечить проблему.

Задайте несколько вопросов

Первый шаг к решению проблемы пенообразования в промышленных трансмиссионных маслах — это задать несколько уместных вопросов.Во-первых, действительно ли пена является проблемой, или проблема больше во внешнем виде? На самом деле, не вся пена является проблемой, говорит Кардис, президент Cardis Consulting LLC во Флоренции, штат Нью-Джерси. Хотя пользователю это не нравится, это не окажет негативного влияния на работу коробки передач. Однако, если пена остается на поверхности масла долгое время после остановки агрегата, это может вызвать проблемы в работе.

Во-вторых, масло пенится из вентиляционного отверстия? Это не только проблема эксплуатации, это угроза безопасности. Однако отсутствие пены на вентиляционном отверстии не означает, что проблем нет. Как отметила Мэри Тейлор, директор по техническому обслуживанию промышленных жидкостей компании Ultra Additives / Munzing в Блумфилде, штат Нью-Джерси, многие промышленные трансмиссионные масла вспениваются без ведома конечного пользователя. Поскольку редукторы обычно герметичны, проблема с пеной может остаться незамеченной, если она не вытечет из вентиляционного отверстия на пол.

В-третьих, заполняет ли пена смотровое стекло, препятствуя визуальному определению уровня масла? Если это так, проблема может заключаться в переполненном или недостаточно заполненном поддоне, оба из которых могут привести к попаданию чрезмерного количества воздуха в масло. По словам Марка ДеБенедетто, химика компании Kluber Lubrication, Лондондерри, штат Нью-Хэмпшир, неправильный уровень масла является одной из основных причин пенообразования в промышленных трансмиссионных маслах. Проблема более распространена при низком уровне масла, потому что шестерни больше подвержены воздействию воздуха.

В-четвертых, масло выглядит сливочным? Кремообразный или молочный вид иногда ошибочно приписывают пене, в то время как настоящей причиной, скорее всего, является плохое выделение воздуха.Постоянно увлеченный воздух делает масло сливочным, как и эмульгированная вода. Воду можно удалить, но нет простого решения проблемы плохого выхода воздуха. Чрезмерно увлеченный воздух часто возникает из-за неправильной конструкции коробки передач. Впускное или выпускное отверстие для масла может быть расположено так, чтобы позволить избыточному воздуху влиться в масло, или же во впускной линии может быть утечка воздуха. Это состояние также может сохраняться, если время нахождения масла в резервуаре слишком мало для выхода воздуха. Однако Klubers DeBenedetto отмечает, что даже правильно сконструированная коробка передач может вспениваться.Коробки передач работают в таком широком диапазоне нагрузок, скоростей и условий окружающей среды, что невозможно предвидеть все условия, которые могут вызвать унос воздуха и пенообразование.

Наконец, масло выглядит мутным или содержит капли («рыбий глаз»)? Эти условия указывают на загрязнение как на главную проблему, а не на пену. Проблема может заключаться в воде, несовместимой смазке или присадке для контроля пенообразования, которая отделилась от масла. Резервуары для массовых грузов и переупакованные контейнеры могут быть источником загрязняющих веществ, таких как растворы моющих средств, вода или растворители, используемые для очистки и промывки.В этих условиях пена не исчезнет, ​​пока не будет решена проблема загрязнения.

Знай свое масло

Первая линия защиты от пены в промышленных зубчатых передачах — это использование качественной смазки. Противозадирные (противозадирные) трансмиссионные масла должны соответствовать требованиям ANSI / AGMA 9005-E02, который определяет испытания на пенообразование в соответствии с ASTM D892. Эти тесты должны дать максимальный результат тенденции / стабильности 50 мл / 0 мл для последовательностей I, II и III.

Однако, как отмечает Кардис, хороший результат теста ASTM D892 — и основанного на нем метода DIN 51566 — не гарантирует, что масло не пенится при эксплуатации.В этих испытаниях образец масла продувается воздухом и измеряется время, необходимое для рассеивания пены. К сожалению, этот тест не имеет реальной корреляции с условиями, в которых встречаются промышленные трансмиссионные масла. На самом деле это проверка контроля качества, которая показывает, сколько времени требуется маслу, чтобы рассеять увлеченный воздух.

Если целью является моделирование реальных условий эксплуатации трансмиссионного масла, многие из экспертов, опрошенных для этой статьи, ссылались на тест Flender Foam Test, принятый европейскими поставщиками.В этом испытании пара шестерен вращается в масле, смешивая воздух с образцом. В ходе испытания оценивается поведение масла в отношении воздухопоглощения, диспергирования масло-воздух и поверхностной пены. Рейтинг пены основан на увеличении объема (дисперсия масло-воздух плюс пена) через одну минуту после остановки испытания:

Увеличение до 5 процентов = хорошо

Увеличение до 10 процентов = удовлетворительно

Увеличение до 15 процентов = Допустимо

Увеличение более 15 процентов = чрезмерное

Этот тест имеет много преимуществ перед тестом ASTM, в том числе:

Можно четко различить разницу между пеной и воздухововлечением.

Его можно запускать в различных условиях для имитации полевых условий.

Загрязняющие вещества могут быть добавлены для определения их воздействия.

Помимо тестирования пены, Cardis рекомендует сохранять образцы каждой партии масла, чтобы гарантировать неизменно высокое качество. Хотя образца может быть недостаточно для проведения теста на пену, визуальный осмотр может предоставить информацию о состоянии нового масла. Это также дает возможность сравнивать качество масла при разных поставках.

Она советует проверять образцы на цвет, запах и разделение фаз или отложения.В частности, обратите внимание на прилипшие к стеклу капли или «рыбий глаз». Как отмечалось выше, это может быть признаком загрязненного масла.

Добавки для контроля пенообразования

Высококачественные индустриальные трансмиссионные масла с противозадирными присадками содержат ряд различных присадок, которые помогают зубчатым колесам противостоять повреждениям в результате заедания, износа, точечной коррозии и окрашивания. Добавки также улучшают устойчивость масла к окислению и загрязнению. Однако эти же добавки также увеличивают склонность масла к пенообразованию, поскольку они, по сути, являются примесями.Ultra Additives Тейлор отмечает, что моющие или поверхностно-активные добавки вызывают особые хлопоты, потому что они имеют более высокое поверхностное натяжение, чем масло, и имеют тенденцию окружать и стабилизировать пузырьки воздуха.

Для борьбы с пенообразующими эффектами пакета присадок к трансмиссионным маслам, а также с воздействием воды и загрязнений все промышленные трансмиссионные масла содержат присадки, уменьшающие пенообразование. Некоторые поставщики используют термин «пеногаситель» для добавок, препятствующих образованию пены, и «пеногаситель» для добавок, которые способствуют разрушению пены после ее образования.

Вне зависимости от назначения добавки для контроля пенообразования представляют собой полимерные материалы двух основных типов: содержащие силикон, такие как полисилоксаны; и несиликоновые, такие как полиакрилат и полиметакрилат.

Как пояснил Артуро Куэльяр, специалист по маркетингу компании Dow Corning Performance Chemicals, Мидленд, штат Мичиган, чтобы быть эффективными, добавки для контроля пенообразования должны быть в некоторой степени нерастворимы в масле, а их поверхностное натяжение должно быть меньше поверхностного натяжения пенообразующей среды.Они также должны быть более поверхностно-активными, чем стабилизирующие поверхностно-активные вещества в системе.

Их низкое поверхностное натяжение позволяет добавкам, контролирующим пенообразование, смачивать поверхность пузыря пены, снижать его эластичность и проникать в ламели. Как только присадка проникает в пузырек, масло попадает в него, разрушает пузырек и выпускает воздух.

Согласно Тейлору, силиконовые материалы более эффективны, чем полиакриловые материалы, потому что они имеют более низкое поверхностное натяжение и более термически стабильны.Они также могут быть включены в смазочный материал через разные носители и с разным размером частиц. Однако, несмотря на эти преимущества, в некоторых отраслях промышленности, например в автомобилестроении, запрещено использование силиконов, потому что они могут вызывать эффект «рыбьего глаза» на краске и мешать клеям и связующим веществам.

Добавки для контроля пенообразования используются при чрезвычайно низких скоростях обработки (от 2 до 50 частей на миллион для силиконов; от 100 до 1000 частей на миллион для несиликоновых), и, поскольку они добавляют всего от 1 до 4 центов на фунт готовой смазки, они представляют собой очень небольшую процент от общей стоимости трансмиссионного масла.

Эти рекомендации по скорости лечения, по общему признанию, довольно широки, и не зря. Как указывает Dow Cornings Cuellar, несмотря на теорию и науку, лежащие в основе действия присадок для контроля пенообразования, вязкость масла и содержание присадок делают каждую пенообразующую среду уникальной. Вот почему присадка, которая работает в одном трансмиссионном масле, может не работать в другом, а также почему поставщик присадок может предложить сотни различных составов.

Чтобы присадка для контроля пенообразования была эффективной, она должна быть полностью диспергирована в масле.Если диспергированные частицы слишком большие или добавлено слишком много, присадка может отделиться от масла и осесть на дно или прилипнуть к стенкам резервуара. Как отмечают Дэйв Остерле, менеджер по продукции, гидравлическое и промышленное оборудование, и Роб Профилет, коммерческий менеджер, гидравлический и промышленный механизм, Lubrizol Corp., Виклифф, Огайо, слишком много контроля пенообразования так же плохо, как и слишком мало. Исследования показывают, что существует оптимальный уровень лечения. Достаточное количество добавки оставляет зазоры, чтобы пузырь схлопнулся.Выше этого уровня добавка полностью окружает воздушный пузырь и эффективно укрепляет структуру, предотвращая разрушение.

Чувствительность масла к уровню присадки является причиной того, почему большинство экспертов не рекомендуют добавки в резервуары для контроля пенообразования. Определить, сколько добавить, непросто — обычно только капли — а полностью диспергировать присадку в работающей коробке передач практически невозможно. Кроме того, добавление на стороне резервуара обычно связано с открытием резервуара, что может привести к попаданию загрязняющих веществ.

Остановка Судов

Для предотвращения вспенивания промышленных трансмиссионных масел можно принять ряд мер. Многие из них включают базовую конструкцию коробки передач и системы циркуляции масла.

Lubrizols Oesterle и Profilet содержат следующие практические рекомендации по проектированию:

Убедитесь, что обратная линия и впускная линия насоса находятся ниже уровня жидкости (обычно на 2 дюйма или 50 мм от дна резервуара), чтобы предотвратить аэрацию масла.

Выберите размер резервуара должным образом, чтобы дать маслу достаточно времени для рассеивания пузырьков воздуха.Общее правило определения размеров — емкость бака в два-три раза больше скорости потока насоса. Перегородки также увеличивают площадь поверхности масла, позволяя маслу деаэрироваться, а пене — рассеиваться.

Cardis добавляет следующие предложения:

Используйте осушающие сапуны на вентиляционных отверстиях, чтобы предотвратить попадание мусора и влаги в воздух.

Примите меры для предотвращения доливки неправильной смазки.

Следите за тем, чтобы масло было сухим во время хранения, передачи и использования.

Не допускайте переполнения или недостаточного заполнения коробки передач.

Следите за агрегатом на предмет частиц износа и состояния масла и примите соответствующие меры.

Наконец, она предупреждает о влиянии фильтрации из-за своего опыта работы с системами ветряных турбин, использующих многопроходную фильтрацию. Добавки для контроля пенообразования химически подобны многим фильтрующим материалам и привлекают их. Следовательно, хотя присадка меньше, чем поры фильтра, она все же может вытягиваться из масла и накапливаться на фильтрующем материале. В результате использование многопроходной фильтрации для обеспечения высокого уровня чистоты может привести к образованию пены чистого масла.

На сегодняшний день отсутствуют стандартные тесты на фильтруемость трансмиссионного масла. Поэтому производители смазочных материалов, присадок и фильтров должны учитывать эту потенциальную проблему при составлении рекомендаций.

Осторожно — вспенивание смазочных масел!

Что такое пенообразование:

Вспенивание масла происходит в основном из-за скопления мелких пузырьков воздуха на поверхности смазочного материала. Это вызвано чрезмерным перемешиванием, недостаточным уровнем смазочного масла, утечками / проникновением воздуха, загрязнением или кавитацией.Пенообразование — нежелательное явление в двигателях, гидравлике, турбинах и системах охлаждения. В тяжелых случаях он может протекать даже через сапуны, смотровые стекла и щупы. Вспенивание также может привести к неправильной интерпретации уровней масла и последующему отказу оборудования.

Что пенообразование может сделать с вашим оборудованием?

Пена действует как теплоизолятор, поэтому температуру масла трудно контролировать. Это основная причина перегрева, потери давления в насосе, потери мощности, кавитации, окисления и выхода из строя гидравлических систем.Он оказывает непосредственное влияние на смазку двигателя / гидравлических систем, создавая в контуре воздушные буферные зоны, которые сводят на нет смазывающие свойства масла.

Для предотвращения или уменьшения образования пены смазочные материалы содержат противопенные присадки, в основном присадки на основе кремния. Их роль — разбивать пузырьки воздуха.

Почему ваша пена для смазочного масла?

Масло пенится по многим причинам.Они перечислены ниже:

1. Загрязнение — очень частое явление. Обычные загрязнители состоят из воды, твердых частиц, смазки или перекрестного загрязнения масла другой жидкостью или добавления неподходящей смазки,
2. Обедненные противопенные добавки (возможно, из-за использования технологий сверхтонкой фильтрации и электростатического разделения)
3. Механические проблемы, вызывающие чрезмерную аэрацию жидкости, негерметичные уплотнения и т. Д.
4. Загрязнение смазки консистентной смазкой,
5. Переполнение поддона отсеками со смазкой разбрызгиванием и ванной.

Может ли анализ смазочных материалов определить конкретную причину пенообразования?

Viswa Lab может протестировать образцы смазочного масла, чтобы определить точную причину пенообразования и порекомендовать корректирующие действия. Тесты включают стандартный полный анализ смазочного масла с уделением особого внимания:

1. Вода%,
2. Подсчет частиц
3. Патч-тест и микроскопическое исследование,
4. Элементный анализ и
5. Сравнение результатов с результатами теста свежего нового масла

Действия по уменьшению пенообразования:

1. Замена масла или, по крайней мере, частичный слив и доливка,
2. В зависимости от типа загрязнения может потребоваться промывка системы,
3. Убедитесь, что вы устранили причину проблемы, прежде чем проводить слив и промывку,
4. Поиск и устранение неисправностей, связанных с пенообразованием, может быть сложным процессом, но с помощью процесса устранения вы сможете определить и устранить основную причину,
5. Viswa Lab рекомендует высадить образец свежего / нового масла вместе с образцом использованного / загрязненного масла для тестирования.Лаборатория тестирует свежее / новое масло без дополнительной оплаты при отправке вместе с отработанным / загрязненным маслом на анализ.

Машины для поиска пены:

1. Корпус редуктора очистителя
2. Редуктор гребного винта
3. Шестерни и картер турбины
4. Швартовные и якорные устройства и многое другое специализированное оборудование в зависимости от типа судна.

Кредиты изображений: Machinery Lubrication, Noria

Воздух и пена в масле

Масла, используемые в редукторах, турбинах или гидравлических системах, подвергаются специальному испытательному стенду в лаборатории для определения их пенообразования на практике в соответствии с ASTM D 892 и ISO DIS 6247.Тест определяет, сколько времени нужно, прежде чем пена распадется. Предварительно нагретый воздух выпускается через пористый сферический камень в образец масла объемом 410 мл, подлежащий испытанию. Это приводит к тому, что воздух в масле диспергируется в виде мелких пузырьков. Эти пузыри поднимаются на поверхность и создают слой пены. Объем пены измеряется сразу после выключения подачи воздуха и еще раз по истечении 10 минут. Общепринятых предельных значений склонности масла к пенообразованию не существует. Однако развитие тенденции и изменение по сравнению со свежим маслом действительно являются критериями для оценки.Рекомендации VGB для турбинных масел с предельным значением 600/0 мл / мл могут использоваться в ориентировочных целях. Однако каждый случай нужно оценивать индивидуально.

Испытание пены Flender было разработано в связи с тем, что определение тенденции к пенообразованию с помощью «пеноблоков» имеет лишь ограниченную применимость на практике. Практический тест в первую очередь используется для оценки трансмиссионных масел, особенно когда сочетание типов масла или примесей привело к чрезмерному вспениванию масла в зубчатых передачах.Кроме того, ведущие производители зубчатых передач требуют, чтобы трансмиссионные масла прошли испытание на пену Flender, прежде чем разрешить их использование в своих коробках передач. Первоначально метод тестирования был использован А. Фридром. Flender AG в качестве собственного теста для оценки тенденции к пенообразованию промышленных трансмиссионных масел. В 2010 году компания объединилась с Siemens AG и начала свою деятельность под названием Siemens Mechanical Drives. Сегодня это специалист Группы по зубчатым передачам и муфтам. Торговая марка «Flender» сохранена. Обширный ассортимент продукции варьируется от отдельных компонентов до полных приводных систем практически для всех промышленных применений.

Сегодня испытание пены Flender стандартизовано в соответствии с ISO 12152. Кроме того, Siemens Mechanical Drives теперь перечисляет лаборатории, одобренные для испытания пены Flender после аудита, проведенного по заказу Siemens. Для аудита независимые лаборатории должны иметь необходимые испытательные стенды и обученный персонал, должны быть сертифицированы или аккредитованы и должны публиковать результаты испытаний в стандартизированном отчете. OELCHECK в настоящее время является одной из очень немногих лабораторий, официально назначенных Siemens Mechanical Drives для проведения испытаний.При испытании на пену Flender корпус коробки передач заполняется 1000 мл масла. Зубчатая пара с шестернями одинакового размера используется для перемешивания масла в течение пяти минут со скоростью 1405 мин-1 при 25 ° C. Зубчатая пара находится в масляном поддоне горизонтально до середины шестерни — центра шестерни. Высокие обороты и полупогруженные шестерни позволяют перемешивать масло с высокой скоростью, в результате чего втягивается воздух. Это приводит к образованию пены во всех типах масел, в результате чего объем масла увеличивается.Уровень масла можно считывать до, во время и после испытания с помощью градуированной шкалы на стеклянной панели в стенке коробки передач, а изменение объема масла можно указать непосредственно в процентах. Тенденцию масла к пенообразованию можно оценить на основании процентного увеличения объема, отображаемого тестовым маслом через одну минуту после остановки испытательного стенда. Объем рассеивания масла / воздуха (%) можно рассчитать через пять минут после остановки буровой установки. OELCHECK направляет камеру на стеклянную панель, чтобы записать тестовый прогон и соответственно сохранить данные.Результаты испытаний классифицируются следующим образом в соответствии со спецификациями механических приводов Siemens: Увеличение объема масла через одну минуту после остановки (%)

• <5% хорошо
• <10% удовлетворительно
• <15% приемлемо
• > 15% неприемлемо
  

Однако эти значения действительны только для текстовой коробки передач и стандартизированного метода. Они основаны на опыте механических приводов Siemens, полученном в результате удовлетворения требований к маслам в редукторах Flender.Указанные выше 15% не являются фактическим пределом пенообразования в редукторах. Увеличение объема воздушно-масляной дисперсии через пять минут после остановки (%)

Обычно допускается увеличение до 10%. Это предельное значение 10% свободного воздуха установлено ведущими производителями насосов во избежание кавитации. Пятиминутное временное окно является результатом рекомендаций по проектированию, выпущенных Siemens Mechanical Drives, и относится к минимальному соотношению объема масла и производительности насоса.

подтверждают, что TOP UP OIL CAN контролирует вспенивание гидравлических масел

В ответ на запросы клиентов компания Techenomics Indonesia недавно провела испытания, которые показали, что с добавлением регулярной доливки можно контролировать уровень пенообразования в гидравлическом масле, чтобы минимизировать опасность повреждения, вызванного чрезмерным пенообразованием, и, в конечном итоге, снизить затраты за счет уменьшения количества масла. изменения и повышение доступности оборудования.

Пена — это совокупность мелких пузырьков воздуха, которые скапливаются на поверхности жидкости или рядом с ней. Пена является эффективным теплоизолятором, поэтому температуру масла трудно контролировать. Наличие пузырьков воздуха в жидкости может привести к чрезмерному окислению, кавитации и снижению смазывающих свойств масла и отказу гидравлической системы.

Причин вспенивания много , но наиболее распространенными являются загрязнение воды, загрязнение твердыми частицами, механические проблемы (вызывающие чрезмерную аэрацию жидкости), перекрестное загрязнение жидкости неправильной смазкой, загрязнение жидкости консистентной смазкой. и слишком много противовспенивающей добавки, либо из-за неправильного состава, либо из-за неправильной реконструкции пакета присадок.

Многие компании сталкиваются с проблемой вспенивания гидравлического масла и, следовательно, регулярно фильтруют гидравлическое масло, чтобы продлить срок его службы. Узнав, что многие их клиенты поступают именно так, Techenomics Indonesia решила провести испытания, чтобы показать, как контролировать пенообразование и посмотреть, влияет ли агрессивная фильтрация на склонность к пенообразованию.

В тестировании приняли участие шесть клиентов, включая Hexindo, Pama, Thiess, SIS, Madhani и Liebher.На следующих графиках показано влияние доливки дополнительного масла, когда оно не соответствует требованиям. Результаты показывают, что добавление 20% может снизить склонность к пенообразованию до 87,5% (нормальный предел). Будущие результаты этого исследования и последующих исследований будут сгруппированы в соответствии с:

1. Установка
2. Тип масла
3. Время работы масла
4. Нормальное рабочее состояние

Эта группировка сделана для классификации пополнения, и пока результаты различаются, вероятнее всего, по следующим причинам:

1.Различные агрегаты большой емкости и малой емкости, что влияет на нагрузку.
2. Тип масла, состав присадок различных марок очень влияет на маслостойкость.
3. Время работы масла, длительное и краткосрочное использование по-разному влияет на характеристики существующей присадки к маслу.
4. Ненормальные условия эксплуатации, перегрев, перегрузка, утечки через уплотнения и прочее.

В целом, испытания показывают, что уровень пенообразования в смазочных материалах можно контролировать путем регулярной доливки.Это сводит к минимуму объем потребления масла, поскольку может быть уменьшена полная замена масла, и, в конечном итоге, снижает эксплуатационные расходы, поскольку также повышается доступность оборудования.

Работа показала, что даже при агрессивной фильтрации дозаправка может уравновесить тенденцию к пенообразованию. Из-за большого разброса результатов рекомендуется регулярно проводить тестирование на склонность к пенообразованию, особенно если используется вторичная фильтрация.

Эти результаты предоставят информацию для клиентов, чтобы понять важность тестирования тенденции к пенообразованию, чтобы предоставить хорошую информацию для программы качественного обслуживания и снизить риски, связанные с чрезмерным пенообразованием в гидравлических системах и коробках передач.

За дополнительной информацией обращайтесь к Эке Камиле по электронной почте: [email protected]

Смазка коробки передач — Инженеры по смазке

Причина номер один в любом механическом приложении — это загрязнение.

Каждое промышленное предприятие вкладывает значительные средства как в свое оборудование, так и в смазочные материалы, которые покупаются для защиты этого оборудования, поэтому имеет смысл только защищать эти активы.Наличие хорошей программы обеспечения надежности смазки для предотвращения загрязнения защитит оборудование и смазочный материал, что, в свою очередь, устранит или значительно сократит незапланированные простои, а также увеличит прибыль.

Некоторые из наиболее распространенных проблем, связанных с применением редукторов, — это вспенивание масла, перегрев и эмульгирование — все это вызвано или усугублено использованием неподходящего масла для данной области применения; и попадание загрязняющих веществ, что приводит к отказу смазки и механическому износу. Все эти проблемы могут быть решены путем внедрения следующих шести передовых методов обеспечения надежности смазки для коробок передач.

Лучшие практики для коробок передач

1. 1. Установите влагопоглотитель
.
2. 2. Установить смотровое стекло
3. 3. Выберите и используйте подходящее высокопроизводительное трансмиссионное масло для области применения
4. 4. Провести анализ масла
5. 5. Фильтр по коду чистоты 17/16/13
6. 6. Внедрите цветовую кодировку и маркировку

В LE мы применили эти шесть передовых методов на собственных редукторах. До этого бригада технического обслуживания LE меняла масло во всех коробках передач каждый год, независимо от необходимости, что было дорогостоящим и трудоемким делом.Поскольку мы внедрили эти шесть решений более восьми лет назад, мы ни разу не меняли масло, и у нас не было простоев, связанных со смазкой. Фактически, нефть почти не имеет возраста, обеспечивая такую ​​же защиту активов сегодня, как и в день ее добавления. Это значительно снизило наши затраты на техническое обслуживание, ремонт и смазочные материалы, а также освободило нашу команду по техническому обслуживанию для более активных действий по обеспечению надежности. Прочтите полный отзыв здесь.

Определите места страданий

Двигайтесь вперед с проверенными решениями LE для продления срока службы коробки передач.

Вспенивание, перегрев и эмульгирование масла

Некоторые трансмиссионные масла пенится и теряют свои характеристики в присутствии влаги. Некоторые трансмиссионные масла не способны сохранять прочность пленки при воздействии больших нагрузок, воздуха или высоких температур. Таким образом, использование некачественного или неподходящего трансмиссионного масла может привести к ненужному износу и незапланированным простоям. Хотя производители оригинального оборудования рекомендуют вязкость и необходимость использования противозадирных присадок, другие важные рабочие характеристики часто игнорируются. Термическая стабильность, стойкость к окислению, деэмульгируемость, сопротивление пенообразованию, снижение трения, стабильность к сдвигу, липкость и стабильность прочности пленки — все это критические факторы для трансмиссионных масел.

Решение LE

Проконсультируйтесь с вашим местным консультантом по смазке LE, чтобы выбрать высокоэффективное трансмиссионное масло, наиболее подходящее для вашего применения. Трансмиссионные масла LE разработаны для борьбы с воздействием высоких температур, воды, загрязнений и тяжелых нагрузок.

Проникновение загрязняющих веществ

Редукторы, насосы и резервуары должны «дышать», когда воздух расширяется и сжимается, а также когда поступающая жидкость вытесняет воздух. Каждый раз, когда устройство вдыхает воздух, оно приносит с собой мелкий мусор и влагу.Это может повредить смазочный материал и оборудование. Загрязненное водой масло может привести к удалению присадок, и в конечном итоге вода может вызвать коррозию и ржавчину. Частицы размером до трех микрон (диаметр одного человеческого волоса составляет 40 микрон) могут вызывать машинное истирание. Все это может привести к дорогостоящему ремонту.

LE Решение:

Используйте влагопоглотители Xclude ™ для предотвращения загрязнения смазки водой и твердыми частицами.С момента попадания масла на ваше предприятие и до окончания срока его службы его защита с помощью сапунов продлит срок службы масла и оборудования, сократит время простоя и обеспечит значительную экономию средств. В осушающих сапунах используется фильтрующий материал для удаления частиц и силикагелевый осушитель для удаления влаги из воздуха, попадающего в масло.

Загрязнение смазки

Присутствие твердых частиц и воды ухудшает способность смазки должным образом защищать оборудование.При загрязнении смазочных жидкостей может потребоваться утилизировать жидкости и заменить их новым маслом. Многие операторы технического обслуживания основывают эту замену на обычном интервальном подходе.

LE Решение:

Регулярная фильтрация масла — простой, проверенный и эффективный способ продлить срок службы масла и защитить оборудование. Понимание, достижение и поддержание правильного стандарта чистоты ISO для редукторов может продлить срок службы масла в два-три раза.

Инженеры по смазке могут помочь составить программу обеспечения надежности смазки для ваших редукторов, чтобы продлить срок их службы, сократить время простоя и снизить затраты на техническое обслуживание. Наши сертифицированные специалисты по смазке могут прибыть на место, чтобы помочь составить программу, которая привнесет превосходное смазывание в вашу работу. Начните с поиска местного консультанта по LE или зарегистрируйтесь для покупки в Интернете.

Нужна рекомендация по продукту? Нажмите здесь что бы начать.

Стабилизация пены в смазочных маслах, вызванная испарением

Значимость

Снижение вспенивания смазочного материала является первоочередной задачей для производителей смазочных материалов, поскольку борьба с вредными пенами имеет решающее значение в высокоэффективных областях применения. Содействуя разработке методов контроля пенообразования, результаты этого исследования показали, что особый тип течения Марангони, обусловленный дифференциальным испарением компонентов смазочного материала, играет центральную роль в способствовании вспениванию базовых масел смазочных материалов.Кроме того, это исследование также показывает, что анализ стабильности одиночных пузырьков может дополнить данные о стабильности пены, полученные в ходе традиционных экспериментов с объемной пеной. Таким образом, эта статья дает физическое представление о вспенивании смазочного материала и описывает удобную платформу, которую производители смазочных материалов могут использовать для разработки лучших смазочных материалов, не подверженных вспениванию.

Реферат

Пенообразование в жидкостях является повсеместным явлением. В то время как механизм пенообразования в водных системах был тщательно изучен, неводные системы не получили такого же уровня исследований.Здесь мы изучаем механизм пенообразования в широко используемом классе неводных жидкостей: базовых смазочных маслах. Используя недавно разработанную экспериментальную методику, мы показываем, что стабильность пены смазки может быть оценена на уровне отдельных пузырьков. Результаты, полученные с помощью этого метода с одним пузырьком, показывают, что солютокапиллярные потоки имеют решающее значение для стабилизации пены смазки. Показано, что эти солутокапиллярные потоки возникают в результате дифференциального испарения многокомпонентных смазочных материалов — неожиданный результат, учитывая низкую летучесть неводных жидкостей.Кроме того, мы показываем, что смешивание некоторых комбинаций различных базовых масел смазочных материалов, что является обычной практикой в ​​промышленности, усиливает солютокапиллярные потоки и, следовательно, приводит к усиленному пенообразованию.

Жидкая пена по определению представляет собой дисперсию газа в жидкости. Такая пена образуется в результате скопления пузырьков газа, возникающих в результате внешнего захвата газа, или в результате выделения растворенных газов в жидкости. Эти жидкие пены широко распространены и желательны во многих сферах применения, таких как процессы производства пищевых продуктов, предметы личного пользования и здравоохранения, моющие средства, пожаротушение и флотация минералов (1⇓ – 3).Напротив, чрезмерное пенообразование в смазочных материалах нежелательно и вредно, поскольку пенообразование приводит к чрезмерному износу деталей машин, снижению смазки, неадекватному отводу тепла, окислению смазочного материала и общим потерям энергии (4). Вспенивание смазки особенно проблематично для критически важного, но трудно контролируемого оборудования, такого как ветряные турбины (5, 6), и, следовательно, существует значительный интерес к разработке смазочных материалов, в которых вспенивание либо предотвращено, либо дестабилизировано (7, 8).

Текущие промышленные усилия, направленные на улучшение рецептур смазочных материалов для пенообразования, направлены на определение оптимальных комбинаций базового масла и присадок, которые удовлетворяют все более строгим требованиям к пенообразованию смазочных материалов, установленным международными стандартами и производителями оригинального оборудования (7).В настоящее время идентификация таких комбинаций базового масла смазочного материала и присадок является дорогостоящим и трудоемким делом, в первую очередь из-за отсутствия экспериментальных методов, которые могут дать прямое понимание механизма вспенивания смазочного материала. Существующие экспериментальные методы, такие как ASTM D892 (9), испытание на пену Флендера (10) и испытание на подъем пены (11), представляют собой испытания объемной пены и предоставляют информацию только о стабильности и плотности совокупной пены. Однако однопленочные эксперименты с использованием хорошо известной ячейки Шелудко (12) могут дать представление о механизме тонких жидких пленок, но, как известно, имеют недостатки, особенно относящиеся к исследованию механики пенообразования (1).Эти недостатки включают невозможность использования полных пузырьков и имитации слияния пузырьков на плоских границах раздела жидкость-воздух. Следовательно, исследователи традиционно использовали эксперименты с объемной пеной для косвенной интерпретации механики пенообразования (4, 13, 14) и определения состава смазки (15, 16).

В дополнение к помощи в решении вышеупомянутой проблемы эффективного состава смазочного материала, эта работа также обращается к фундаментальному вопросу о происхождении пенообразования в базовых маслах смазочных материалов — первичной неводной фазе смазочных материалов (15).Поскольку базовые масла смазочных материалов обычно не содержат поверхностно-активных веществ, вспенивание смазочных материалов в основном объясняется влиянием вязкости (4). Однако одна только вязкость не может объяснить стабильность пены; Фактически, базовые масла с одинаковой вязкостью могут показывать разницу почти на два порядка в объеме устойчивой пены для разных категорий базовых масел при идентичных условиях испытаний (17). Эти пять различных категорий (или групп) базовых масел, установленных Американским институтом нефти для облегчения взаимозаменяемости смазочных материалов (API 1509, Приложение E), различаются (среди прочего) методом очистки, индексом вязкости, долей насыщенных углеводородов и летучестью. (15).Таким образом, очевидно, что существуют дополнительные механизмы стабилизации пены, ответственные за наблюдаемые различия в характеристиках пены пяти групп базовых масел.

В этой статье мы предлагаем эксперименты с одним пузырем с использованием недавно разработанного динамического интерферометра жидкостной пленки (DFI) (рис. 1) (1) в качестве подходящего экспериментального метода для получения прямых механистических представлений о вспенивании смазочных материалов. Жизнеспособность и последовательность экспериментального метода прогнозирования стабильности объемной пены устанавливается путем сопоставления результатов слияния одного пузырька с результатами испытаний на подъем пены (например, ASTM D892) на пяти различных базовых маслах смазочных материалов, каждое из разных групп базовых масел. ( SI Приложение , ​​Таблица S1).Впоследствии, используя пространственно-временные измерения толщины стенки одного пузырька (рис. 1 B ), показано, что солютокапиллярные потоки Марангони, вызванные дифференциальным многокомпонентным испарением, способствуют стабилизации пены смазки.

Схема однопузырьковой экспериментальной установки (DFI) и типичная интерферограмма, полученная в результате экспериментов. ( A ) Экспериментальная установка с обозначенными компонентами. ( B ) На вставке показаны начальное и конечное положение пузыря.Здесь R — радиус кривизны пузыря, h (r, θ) — толщина пленки как функция радиального положения (r) и углового положения (θ), а R0 — радиальная протяженность пленки, видимая на интерферограмме. . ( C ) Типичная интерферограмма и ее физическая толщина пленки, восстановленные с использованием прилагаемой эталонной цветовой карты.

Результаты

Эксперименты.

Измерения объемной пены были проведены для получения эталона для измерений стабильности одиночного пузыря.Эти эксперименты с объемной пеной проводились путем барботирования воздуха со скоростью 15 ± 0,45 мл / с в 25 мл смазки, содержащейся в воронке, в течение 30 с (подробности см. В «Материалы и методы» ). По истечении 30 с поток воздуха прекращали и измеряли объем удерживаемой пены до полного схлопывания пены. Дополнительные измерения объема пены также были выполнены с использованием стандартного теста ASTM D892.

Эксперименты с одним пузырем были выполнены с использованием автоматизированного DFI (рис. 1 A ).В ходе эксперимента на капилляре, погруженном в желаемую смазку, образовался одиночный пузырь (R ≈ 0,7 мм). Затем поверхность раздела воздух-смазка над пузырем опускалась (перемещая камеру вниз), чтобы образовалась тонкая дренажная пленка над пузырем. Это стало сигналом к ​​началу эксперимента. Оптическое устройство, описанное в «Материалы и методы» , ​​которое включает в себя интерферометр, сообщает о толщине пленки в пространстве и времени. Также измерялось внутреннее давление пузырька, и слияние пузырьков определялось по резким изменениям этого давления.Время коалесценции, определяемое как время, необходимое для разрыва пузырька, было определено с точностью до 0,05 с. Все эксперименты проводились при 20 ° C. Кроме того, как подробно описано в Single-Bubble Results , ​​для некоторых экспериментов испытательная камера была покрыта покровным стеклом для подавления испарения смазки. Результаты этих экспериментов обозначены как «закрытые» или помечены знаком «(c)», чтобы отличить их от экспериментов, в которых камера была открыта, обозначены как «открыты» или помечены «(o)».Кроме того, описанные эксперименты с принудительной конвекцией были выполнены с помощью синусоидальной пульсации воздуха с частотой 13 Гц с использованием сабвуфера (Logitech) в открытой конфигурации экспериментов с одним пузырем, описанных выше.

Были испытаны пять различных базовых масел с сопоставимой вязкостью от 37,7 сСт до 50,0 сСт при 20 ° C ( SI Приложение , ​​Таблица S1) и их смеси. Испытанные базовые масла смазочных материалов относятся к пяти различным группам базовых масел: два обычных минеральных масла (группы I и II), одно синтетическое базовое масло группы III, одно (группа IV) синтетическое полиальфа-олефиновое масло и другое (группа V) силиконовое масло.

Объемные результаты пены.

Изменение общего объема пены, измеренное в базовых маслах групп I – IV, показано на рис. 2 A , ​​ i , ​​а измеренное в силиконовых маслах показано на рис. 2 B , ​​ i . Заштрихованная область указывает SE в измерениях объема пены, оцененных в трех экспериментах.

Сравнение результатов стабильности пены, полученных в результате экспериментов с объемной пеной, с результатами экспериментов с одним пузырем. ( A ) Результаты для базовых масел групп I – IV.( i ) Изменение объема пены, измеренное в экспериментах с объемной пеной, показывает, что масла группы I выдерживают наибольшее количество пены, за ней следуют группы II, III и IV. ( ii ) Кривые кумулятивной коалесценции смазочных материалов групп I – IV, полученные путем подгонки измеренного времени коалесценции (показано открытыми маркерами для открытых экспериментов и заполненными маркерами для закрытых экспериментов) к кумулятивной функции распределения Рэлея. Смазочные материалы группы I снова оказались более стабильными, поскольку большинство пузырьков лопаются в течение более длительного времени, за ними следуют базовые масла групп II, III и IV.Кроме того, когда камера была закрыта, эксперименты обозначены (с), пузырьки разрывались в сравнительно более короткие сроки. ( iii ) Изменение средней по площади толщины пленки испытанных пузырьков (данные показаны для пузырьков со временем коалесценции, наиболее близким к среднему по образцу). В базовых маслах I, II и III групп наблюдаются спонтанные колебания толщины пленки пузырьков при открытой камере и подавление колебаний при закрытии камеры. Базовые масла группы IV не вспенивались независимо от того, открыта или закрыта камера.( B ) Результаты для смесей силиконового масла. ( i ) Изменение объема пены по результатам экспериментов с объемной пеной показывает, что многокомпонентные смеси силиконового масла вспенивают больше, чем однокомпонентные чистые силиконовые масла. ( ii ) Накопленные кривые коалесценции от времени различных смесей силиконового масла. Смеси силиконового масла, как видно, поддерживают более стабильные пузырьки по сравнению с чистыми силиконовыми маслами. Кроме того, когда камера закрыта и испарение сведено к минимуму, что обозначено как (c), стабильность пузырьков в смесях силиконового масла становится сопоставимой с чистым силиконовым маслом.( iii ) Изменение средней по площади толщины пленки для пузырьков со временем слияния, наиболее близким к среднему по образцу. При открытой камере наблюдаются спонтанные колебания толщины пленки пузырьков во всех смесях силиконового масла, а при закрытии камеры колебания подавляются.

Как показано в результатах для пены в объеме на рис. 2 A , ​​ и , ​​базовые масла группы I создают наиболее стабильные пены, за которыми следуют группы II, III и IV.Такие же относительные характеристики были получены из Последовательности I теста ASTM D892 ( SI Приложение , ​​Таблица S1). Результаты для силиконовых масел (рис. 2 B , ​​ и ) показали, что чистые силиконовые масла 50 сСт почти не удерживают пену (сравнимо с группой IV), в то время как смеси силиконовых масел, как видно, сохраняют относительно более стабильную мыло. Кроме того, устойчивые пены также схлопываются дискретными шагами, когда одновременно сливается значительное количество пузырьков ( SI Приложение , ​​рис.S1 и фильм S1). Это показано на рис. 2 , , ​​ и как почти мгновенное изменение объема пены. Также стоит отметить, что такое схлопывание пены отличается от равномерного схлопывания пены, наблюдаемого в водных пенах, стабилизированных поверхностно-активными веществами (1).

Кроме того, как видно из результатов, стабильность пен и скорость их разрушения сильно различаются в зависимости от тестируемых смазочных материалов, несмотря на сравнимую вязкость. Это предполагает наличие механизма стабилизации пены в дополнение к вязкости, который увлекает масло и воздух в разной степени через разные группы смазочных материалов.Выделить стабилизирующий механизм сложно из теста на подъем объемной пены, поскольку мы не получаем никакой информации о пространственно-временной эволюции сливающихся пузырьков. Для количественных измерений толщины стенок сливающихся пузырьков и определения механизма стабилизации пены были проведены эксперименты с одним пузырьком.

Результаты для одного пузырька.

Базовые масла I – IV групп.

Время слияния одиночных пузырьков, измеренное с помощью DFI, нанесено на график в зависимости от доли испытанных пузырьков (в данной смазке) на рис.2 A , ​​ ii . Известно, что распределение времен слияния пузырей разрывающихся естественно в целом подчиняется распределению Рэлея (18, 19). Следовательно, для ранжирования стабильности пузырьков в испытанных смазочных материалах время слияния может быть удобно подогнано к кумулятивной функции распределения Рэлея ( SI Приложение , ​​ Вспомогательный информационный текст и рис. S2), построенной с помощью оценки максимального правдоподобия (20) . Эти характерные кривые, называемые в дальнейшем кривыми кумулятивного коалесценции-времени, отражают распределение времен коалесценции, наблюдаемое для одного смазочного материала, причем кривые, простирающиеся до больших времен, обозначают смазочные материалы, которые выдерживают более стабильную пену.Из этих кривых мы можем видеть, что базовые масла группы I поддерживают наиболее стабильные пузырьки, за ними следуют группы II, III и IV, что является той же тенденцией, полученной в экспериментах с объемной пеной. Кроме того, точное соответствие экспериментальных данных распределению Рэлея подтверждает, что все испытанные пузырьки слились естественным образом, и что любое влияние теплового дрейфа или загрязняющих частиц было минимальным.

В дополнение к предоставлению информации о стабильности объемной пены, эксперименты с одним пузырьком позволяют измерить толщину стенки пузырька, которая характеризует унос жидкости и ее дренаж, приводящий к слиянию пузырька (рис.1 С ). Для иллюстрации уноса и дренажа жидкости вместо объема пленки используется средняя толщина пленки = (2πR02) −1∬h (r, θ) drdθ (обозначения см. На рис. 1 B ), поскольку первое не чувствительно. по размеру пузыря. Из средней толщины увлеченной пленки, измеренной в экспериментах с одним пузырем (рис.2 A , ​​ iii , ​​открыт), мы видим взаимно однозначную корреляцию с устойчивым объемом пены, измеренным в экспериментах с объемной пеной (рис. 2 A , ​​ и ), причем базовые масла группы I содержат наиболее жидкие, за которыми следуют группы II, III и IV.Кроме того, изменение средней толщины пленки оказалось отличным от ожидаемого для водных систем (1). Примечательно, что испытанные смазочные материалы (особенно очевидные в группах I и II) проявляли феномен самопроизвольных ямочек. Этот эффект проявляется на рис. 2 A , ​​ iii , ​​открытых в виде быстрых временных флуктуаций средней толщины пленки, что отражает динамическое создание и рассеяние ямок вблизи вершины пузыря. Movie S2 предлагает яркий пример такой динамики.Ранее сообщалось о спонтанных ямочках в эмульсиях нефть-вода в результате диффузионного перераспределения поверхностно-активного вещества и возникающих в результате потоков Марангони (21). Однако, поскольку наши базовые масла не содержат поверхностно-активных веществ, наличие ямочки указывает на наличие другого физического механизма, приводящего к пространственным изменениям поверхностного натяжения.

Поскольку в базовом масле группы IV (гомогенный синтетический полиальфа-олефин) не наблюдается спонтанных ямок, происхождение потоков Марангони в базовых маслах групп I – III связано с их многокомпонентностью (рис.3). Кроме того, положительная корреляция рейтинга устойчивости пузырьков с долей потери массы при испарении, измеренной с использованием ASTM D5800 ( SI Приложение , ​​таблица S1), предполагает, что эти потоки Марангони обусловлены дифференциальным испарением различных компонентов в этих маслах. Поскольку испарение можно легко контролировать в измерениях с одним пузырьком, мы проверили эту гипотезу, просто накрыв камеру стеклянной крышкой, непрозрачной для ближнего инфракрасного излучения. Это эффективно сводит к минимуму испарение и конвекцию во время экспериментов DFI.В отсутствие испарения и конвекции воздуха спонтанные ямочки подавлялись. Это проявляется на фиг. 2 A , ​​ iii , ​​закрытых отсутствием колебаний средней толщины пленки. Стабильность пузырьков также снизилась (рис. 2 A , ​​ ii ), что ясно указывает на то, что испарение и конвекция действительно способствуют стабилизации пузырьков. Следовательно, в отличие от предыдущих исследований, в которых говорилось о дестабилизирующем характере испарения (22), очевидно, что испарение оказывает стабилизирующее действие на пеноматериалы на основе базового масла.Кроме того, эта стабилизация, вызванная испарением, не является результатом термических напряжений Марангони (23), так как в этом случае вспенились бы даже однокомпонентные системы. Таким образом, эти наблюдения предполагают, что потоки Марангони, возникающие в результате дифференциального испарения в многокомпонентных базовых маслах смазочного материала, называемые здесь солутокапиллярными потоками Марангони, ответственны за стабильность пены. Чтобы подтвердить эту гипотезу и проверить влияние летучести компонентов смеси на стабильность пузырьков, мы составили контролируемые смеси силиконового масла.

Схема, показывающая механизм солютокапиллярной стабилизации пузырьков, опосредованной Марангони. ( A ) Обогащение за счет испарения менее летучих компонентов (показано точками) в тонкой пленке жидкости, составляющей стенку пузыря. σ — поверхностное натяжение. ( B ) Развитые градиенты поверхностного натяжения направляют поток в вершину пузыря, что приводит к росту ямки. ( C ) Окружающие возмущения дестабилизируют ямку, заставляя ее рассеиваться асимметрично.В конце этого процесса стенка пузыря возвращается в состояние, показанное на A , ​​и процесс повторяется.

Смеси силиконового масла (группа V).

Смеси силиконового масла могут быть использованы для создания идеальных модельных систем для систематического изучения явления солютокапиллярной стабилизации. Эти модельные системы могут быть легко составлены так, чтобы они обладали свойствами, сравнимыми с базовыми маслами, такими как объемная вязкость и плотность. Поскольку силиконовое масло 50 сСт имело свойства, аналогичные свойствам базовых масел, оно было выбрано в качестве модельного чистого масла.Системы смешанного масла были составлены путем объединения 50 сСт с образцами с более низкой вязкостью 20 и 2 сСт. Как отмечено в Приложении SI , ​​по мере того, как вязкость силиконовых масел уменьшается, поверхностное натяжение уменьшается, а летучесть увеличивается ( SI Приложение , ​​Рис. S3 и Таблица S1).

Результаты экспериментов с объемной пеной (рис. 2 B , ​​ i ) и экспериментов с одним пузырем (рис. 2 B , ​​ ii ) ясно показывают, что пены в смесях силиконового масла более стабильны. по сравнению с чистым силиконовым маслом.Также видно, что стабильность силиконовых смесей увеличивается с летучестью загрязнителя. В дополнение к повышенной стабильности пены, мы наблюдаем, что пузырьки, сливающиеся в смесях силиконовых масел, проявляют дренажные свойства (рис. 2 B , ​​ iii , ​​открытые и закрытые), которые аналогичны наблюдаемым в базовых маслах групп I – III, где возникают спонтанные ямочки. Эти наблюдения служат дополнительным доказательством гипотезы о том, что солютокапиллярные потоки, возникающие в результате дифференциального многокомпонентного испарения в базовых маслах групп I – III, играют ключевую роль в стабилизации пены смазочных материалов.

Физическое понимание стабилизации солютокапиллярной пены может быть достигнуто путем рассмотрения динамики слияния пузырька в смеси силиконового масла (рис. 3). Первоначально, когда пузырек приближается к границе раздела воздух-жидкость для коалесценции, тонкая пленка жидкости, составляющая стенку пузыря, состоит из гомогенной смеси силиконовых масел. Почти сразу же более летучий компонент силиконового масла начинает преимущественно испаряться из тонкой пленки (рис. 3 A ).В результате остаточная смесь становится все более богатой менее летучим силиконовым маслом, которое также имеет более высокое поверхностное натяжение. Следовательно, поверхностное натяжение жидкой смеси в стенке пузыря становится больше, чем у окружающей жидкости. Эти градиенты поверхностного натяжения направляют потоки Марангони к вершине пузыря, что приводит к самопроизвольному росту ямки (рис. 3 B ). Эти ямки увеличиваются до определенного объема до того, как внешние воздействия дестабилизируют ямку (24), вызывая ее рассеяние (вымывание) (рис.3 С ). Этот процесс повторяется и проявляется в виде наблюдаемых самопроизвольных ямочек. Кроме того, в результате этого непрерывного уноса жидкости предотвращается утонение стенки пузырька до толщины, при которой молекулярные силы могут разорвать пузырь, что, в свою очередь, стабилизирует пузырь.

Характеристики наблюдаемой солютокапиллярной стабилизации.

Поскольку солутокапиллярные потоки вызываются различиями в поверхностном натяжении, вызванными дифференциальным испарением, они отличаются от потоков Марангони, управляемых поверхностно-активными веществами.Эти различия показаны на рис. 4 с использованием результатов для промышленно значимой смеси базовых масел (10% смесь группы III в группе IV). Различия заключаются в следующем: ( i ) Стабилизация пузырьков может быть усилена за счет возмущений окружающей среды, которые изменяют скорость испарения и / или вызывают неравномерные изменения толщины пленки, и ( ii ) смеси масел с большей вероятностью пенится, чем чистые компоненты, составляющие смесь. Солутокапиллярные потоки Марангони с такими характеристиками ранее наблюдались и широко изучались в тонких жидких пленках на твердых подложках * (см.25 и ссылки в нем). Однако солютокапиллярные потоки на границах раздела жидкость-воздух остаются в значительной степени неизученными, за исключением нескольких исследований, особенно в контексте вспенивания во время перегонки жидкости (26, 27) и в водно-спиртовых смесях (28), и никогда ранее не определялись как стабилизирующий механизм пенообразования в смазочных материалах.

Особенности солютокапиллярных течений, наблюдаемые в базовых маслах смазочных материалов. ( A ) Распределение времен коалесценции показывает, что ( i ) при синусоидальной вынужденной конвекции (FC) (13 Гц) стабильность пузырьков увеличилась, а пузырьки ( ii ) в смесях базовых масел смазочных материалов больше стабильнее, чем в любом из входящих в их состав базовых масел.( B ) Профили средней толщины 10% смеси группы III в группе IV, показывающие характерные колебания солутокапиллярных потоков Марангони, и их отсутствие в чистой группе III и группе IV. Выше показаны интерферограммы, полученные экспериментально для соответствующих случаев.

Наконец, отметим, что солютокапиллярная стабилизация более выражена в верхнем слое пузырьков пены. Это связано с тем, что пузырьки наверху испытывают неограниченное испарение и конвекцию, поскольку они подвергаются воздействию окружающего воздуха.Однако пузырьки под верхним слоем в некоторой степени защищены от испарения, поскольку при испарении внутри пены ожидается насыщение при tsat∼MRTVA∼10−2s (для пузырька диаметром 1 мм внутри пены, содержащей 1% силиконового масла 2-сСт), где M — молярная масса летучих веществ, R — универсальная газовая постоянная, T — температура, а VA — отношение объема к площади поверхности пузырька ( SI Приложение ). Следовательно, пузырьки внутри пены в первую очередь стабилизируются за счет вязкого сопротивления утонению стенок пузырьков.Как следствие, коалесценция внутри основной массы пены происходит относительно более интенсивно, чем сверху ( SI Приложение , ​​рис. S4). Кроме того, разрыв пузырьков из верхних слоев приводит к каскаду схлопывания пузырьков в нижних слоях, что приводит к ступенчатому схлопыванию пены, описанному выше и показанному на фиг. 2 A , ​​ и .

Обсуждение

В заключение, мы показали, что относительная стабильность пен в неводных жидкостях, особенно в базовых смазочных маслах, может быть определена путем анализа динамики коалесценции отдельных пузырьков.Это говорит о том, что эксперименты с одним пузырем являются привлекательной альтернативой исследованию характеристик пенообразования жидкостей, поскольку они могут предоставить дополнительную механистическую информацию о процессах пенообразования.

Используя эксперименты с одним пузырьком, были протестированы четыре различных (группы I – IV) базовых масел смазочных материалов (каждое из которых относится к разным группам базовых масел) и смеси силиконовых масел с сопоставимой вязкостью для изучения механизма стабилизации пены в этих неводных системах. Испытания показали, что доминирующим физическим механизмом, стабилизирующим иначе термодинамически нестабильные пузырьки, были солутокапиллярные потоки Марангони.Поскольку эти солютокапиллярные потоки Марангони возникают в результате дифференциального испарения в многокомпонентных жидкостях, содержащих компоненты с разной летучестью и равновесным поверхностным натяжением, результаты показывают, что смешивание некоторых типов жидкостей может способствовать усилению пенообразования.

Эти результаты особенно важны для смазочной промышленности, где контроль пенообразования в высокопроизводительных приложениях имеет решающее значение. Во многих смазанных средах (кроме полностью замкнутых ситуаций, таких как герметично закрытые механизмы) можно ожидать испарения смазки, как в случае с обычно используемыми редукторами, имеющими сапуны и системы рециркуляции смазки, подключенные к открытым воздухосборникам.В таких случаях можно ожидать пенообразования, опосредованного солутокапиллярами. Кроме того, поскольку солютокапиллярная стабилизация осуществляется за счет дифференциального испарения, условия окружающей среды, которые усиливают испарение, такие как высокая температура, окружающая вибрация и конвекция воздуха, которые преобладают в смазанных средах, также могут усугублять опосредованное солутокапилляром пенообразование. В таких случаях необходимо тщательно учитывать свойства смазочного материала, включая выбор и смешивание базового масла, чтобы минимизировать опосредованную солутокапиллярами стабилизацию пены.

В химическом отношении обсуждаемые смазочные материалы в основном включают алифатические алкены / алканы (группы I – IV) и полидиметилсилоксаны (силиконовые масла), которые составляют широкий класс неводных систем, обычно встречающихся в нашей повседневной жизни. Следовательно, пенообразование, опосредованное солутокапиллярно-опосредованным испарением, может применяться к широкому классу неводных систем и дополнять установленные механизмы стабильности пены в неводных системах (26, 29). Фактически, вызываемое испарением пенообразование, опосредованное солутокапиллярами, может быть обычным источником пенообразования в неводных системах с очень низким поверхностным натяжением, таких как силиконовые масла, которые имеют низкую склонность к адсорбции поверхностно-активных веществ на границе раздела.Кроме того, экспериментальная техника и результаты, представленные в исследовании, будут полезны для дальнейшей характеристики пенообразования в таких системах, как водно-спиртовые смеси (28), масла для жарки (29) и жидкие смеси, подвергнутые перегонке (27), где, как известно, испарение быть важным.

Материалы и методы

Эксперименты с объемной пеной.

Измерения стабильности объемной пены проводились в соответствии с испытанием промышленного стандарта ASTM D892. Измерения подъема пены (приведены на рис.2 A , ​​ i и B , ​​ i ) были проведены с использованием устройства для пенообразования, разработанного собственными силами, подробности которого описаны в другом месте (1). Все эксперименты записывались на видео с частотой 30 кадров в секунду. Объем пены измеряли каждые 10 кадров, примерно через 0,3 с после прекращения выделения пузырьков (время, необходимое для того, чтобы последние пузырьки закончили подниматься через объем жидкости).

Эксперименты с одним пузырем.

Эксперименты по коалесценции с одним пузырем проводились с использованием DFI; конкретные детали, касающиеся его конструкции, упоминаются в другом месте (см.1 и ссылки в нем). В начале каждого эксперимента с одним пузырьком, описанного в этой статье, от 5 до 6 мл смазочного базового масла заливается в камеру DFI. Пузырек объемом 1,2 ± 0,15 мкл создается на кончике стандартного капилляра калибра 16 (внешний диаметр: 1,651 ± 0,013 мм, внутренний диаметр: 1,194 ± 0,038 мм). Размер пузырьков выбирается максимально приближенным к размеру пузырьков, имеющих наибольшую плотность числа пузырьков в свежеобразованной пене (30), и в то же время достаточно большим, чтобы избежать нестабильности, связанной с манипулированием маленькими пузырьками на капиллярах (31).После создания пузырька на капилляре камера перемещается вниз (при этом пузырь остается неподвижным) с постоянной скоростью 0,15 мм / с, пока пузырь не окажется на расстоянии одного радиуса от границы раздела масло-воздух. Это исходное состояние системы перед всеми экспериментами (рис. 1 B ).

На этом этапе эксперимент начинается с датчика давления, измеряющего давление внутри пузырька с частотой 20 Гц. Затем пузырек поднимается на расстояние, в 1,5 раза превышающее его радиус, от его исходного положения и удерживается в этом конечном положении.(Это конечное положение сравнимо с положением равновесия, достигаемым свободным пузырем за счет баланса плавучести и капиллярных сил.) Одновременно верхняя камера регистрирует эволюцию пленки жидкости между пузырем и границей раздела смазка-воздух. По мере того, как пленка стекает и ее толщина становится сопоставимой с длиной волны света, верхняя камера видит интерференционные картины (рис. 1 C ). Наконец, эксперимент заканчивается, когда пленка разрывается и пузырек сливается при некоторой критической толщине пленки.Толщина пленки получается путем сопоставления цветов на записанных интерференционных картинах с физической толщиной с использованием классических соотношений интенсивности света и толщины пленки (12), предполагающих однородные и недисперсные пленки. Программное обеспечение на основе Python 2.7 было разработано собственными силами (1) для помощи в картировании толщины и визуализации профилей толщины.

Пробы масла.

Четыре базовых масла (группы I – IV) были получены от Shell Global Solutions (США), Inc. Как показано в приложении SI, приложение , ​​таблица S1, эти базовые масла имеют сопоставимые плотности (определенные по ASTM D-4052), вязкости (определяется по ASTM D-445) и поверхностного натяжения (определяется методом висячей капли).Потеря массы из-за испарения (определенная по ASTM D-5800) была различной для масел. Далее, спектроскопические анализы были проведены для всех базовых масел, чтобы убедиться в отсутствии поверхностно-активных полидиметилсилоксановых и фторалкильных групп. Силиконовое масло 50 сСт (Shin Etsu) было выбрано как в качестве основы для смазки группы V, так и в качестве композиционно чистой модельной системы для сравнения пенообразующих свойств гетерогенных (группы I – III) смазочных масел. Наконец, для изучения влияния солютокапиллярных потоков были приготовлены контролируемые смеси силиконового масла 50 сСт с 2 сСт и 20 сСт (Shin Etsu).Сообщенные смеси (рис. 2 B , ​​ ii ) включают 0,5% и 5% по объему смесь 20 сСт в 50 сСт и 0,5% по объему смесь 2 сСт в 50 сСт.

Благодарности

Мы благодарим доктора Джона Фростада за его помощь и руководство на начальных этапах этого исследования, Мариану Родригес-Хаким за ценные идеи, которые она предоставила нам в ходе исследования солютокапиллярных потоков в тонких жидких пленках над твердыми подложками, и Прем Сай за создание схематических иллюстраций в рукописи.Работа поддержана грантом Shell № PT60980.

Сноски

• Вклад авторов: V.C.S., A.K., W.