EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM CHOVÁNÍ MAZACÍCH FILMŮ KONTAMINOVANÝCH VODOU Ing. Daniel Koutný Experimental study of lubrication films contaminated by water VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ v BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ 25. 6. 2008
Osnova Současný stav poznání Cíle práce Dosažené výsledky Závěr 1 2 3 4 5 6 7 8 9 19
Selhání mazacího filmu Hlavní mechanismy vniknutí cizí částice kontaminace maziva Kontaminace vodou nedostatečné utěsnění kondenzace povětrnostní podmínky http://www.smellofdeath.com www.bloommfg.com www.alatas.com 1 2 3 4 5 6 7 8 9 19
Emulze vody v oleji Emulze vody v oleji maziva s nehořlavými vlastnostmi vysoká tepelná kapacita netoxické, levné Liu W a kol. (1994) Wear viskozita koncentrace velikost disperzních částic typ a obsah smáčedla 1 2 3 4 5 6 7 8 9 19
V/0 emulze do kontaktu je unášen přednostně olej tloušťka filmu je téměř nezávislá na - koncentraci - velikosti částic Benner J a kol. (2006) Journal of Tribology Benner J a kol. (2006) Journal of Tribology 1 2 3 4 5 6 7 8 9 19
Cíle práce Stanovení vlivu kontaminace maziva vodou na funkci tenkých mazacích filmů Etapy řešení Vliv V/O emulze na tření a opotřebení třecích povrchů (AX-MAT) Vliv V/O emulze na rozložení tloušťky mazacího filmu (optický tribometr) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 19
Experimentální zařízení zařízení AX-MAT Typ ring on disc plošný kontakt tvaru mezikruží kontakt je stále zaplaven sledované veličiny součinitel tření objem opotřebení 1 2 3 4 5 6 7 8 9 19
Příprava emulze V zařízení AX-MAT pohybem vzorků bez zatížení odstředivým čerpadlem V ultrazvukové čističce míchání 20 min 1 2 3 4 5 6 7 8 9 19
Měření emulzí rozložení velikosti částic metoda laserové difrakce zařízení HORIBA příprava ultrazvukem příprava čerpadlem četnost [%] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 ; 5% Ultrazvuk 15% Ultrazvuk 5% Ax-mat 15% Ax-mat 5 četnost [%] 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0,1 1 velikost částic [μm] 0 0,1 1 10 T 10min - 0.47 velikost částic [μm] T 20min - 0.48 T 30min - 0.49 T 40min - 0.50 T 50min - 0.54 T 0min - 0.46 ultrazvuk 0,45 μm čerpadlo (AX-MAT) 1,4 μm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 19
Experiment v zařízení AX-MAT měření v emulzi 0,4 0,35 HPO 100-1 20%V/O HPO 100-1 10 min test emulze připravené ultrazvukem emulze připravené čerpadlem součinitel tření 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 HPO 100-2 20%V/O HPO 100-2 0,05 0,25 0,2 HPO 100 20%V/O HPO 100 0 0 5 10 15 20 čas [min] součinitel tření 0,15 0,1 0,05 0 0 5 10 15 20 čas [min]
Experimentální zařízení optický tribometr modelování bodového kontaktu skleněný disk, ocelová kulička tloušťka a tvar mazacího filmu kolorimetrická interferometrie
Měření emulzí tribometrem tloušťka mazacího filmu emulze připravené ultrazvukem při rychlostech 0,013 m/s až 0,39 m/s vodníčástice kontakt obchází 1000 100% olej tloušťka filmu [nm] 100 10 95% olej 80% olej 1 0,001 0,01 0,1 1 rychlost valení [m/s]
Měření emulzí tribometrem pozorování vodních částic emulze připravené ultrazvukem při malých rychlostech - 0,0024 m/s - vodní kapičky kontakt obchází
Měření emulzí tribometrem pozorování vodních částic při velmi malých rychlostech 0,00024 m/s utváření velkých vodních oblastí tloušťka filmu se významně nemění vodní kapičky kontakt obchází tloušťka filmu [nm] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0-200 -150-100 -50 0 50 100 150 200 vzdálenost [μm] pozorování velkých vodních oblastí při použití očištěné kuličky při použití základových olejů
Měření emulzí tribometrem pozorování vodních částic s drsnými povrchy při velmi malých rychlostech 0,00024 m/s utváření větších vodních oblastí nebylo pozorováno tloušťka filmu se významně nemění vodní částice kontakt obchází při vyšších rychlostech 0,0498 m/s
Měření vlastností emulzí povrchové napětí úhel smáčení - Dataphysics OCA 10 test. povrch test. kapalina průměr kulička/aceton kulička /voda voda smáčecí úhel θ[ ] 70,2 92,0 Povrch Povrchová energie disperzní složka polární složka mn/m Kulička 43,6 34,7 8,9 Kotouč 31,9 30,1 1,8
Měření vlastností emulzí mezifázové napětí odtrhování prstence - KSV Instruments Sigma 701 Martovská L, Šišková M (1999) Fyzikální chemie povrchů a koloidních soustav P.F. HPO 100 P.F. 5% V/O HPO 100 5% V/O ρ g/cm3 0,9970 0,8530 0,9966 0,8532 ST mn/m 23,5 30,2 29,6 30,2
Závěr Pro koncentrace emulzí do 20% vody se voda do kontaktu nedostává Vodní kapičky i při malých rychlostech obcházejí kontakt Tloušťka filmu se významně nemění Kapičky vody nepronikaly do kontaktu ani u drsných povrchů Povrchové napětí významně ovlivňuje chování vodních kapiček
Děkuji za pozornost