От дизельных двигателей до буровых жидкостей консистентные и жидкие смазки и масла остаются ключевым компонентом современных промышленных процессов.
Сохранение длительных сроков эксплуатации тяжелой горной техники и снижение стоимости ее эксплуатации становится все более актуальной задачей в ситуации использования мощных двигателей, особенно в ситуации заметного подорожания масла, запасных частей и расходных материалов.
Практика использования дополнительных присадок к уже готовым смазывающим составам насчитывает десятки лет и вариантов применения. Рынок требует от производителей смазок снижения стоимости, увеличения надежности и работоспособности, лучших трибологических свойств и они рассматривают нанотехнологии как одно из ключевых средств улучшения требуемых свойств, применяя их в форме нанодобавок. В качестве базовых веществ таких присадок используются в том числе и металлы: молибден, медь, свинец, вольфрам и др.
Обычно для создания защитного слоя на трущихся поверхностях применяют дисульфид молибдена (MoS2), поскольку он обладает свойством снижать коэффициент трения. Данный эффект традиционно достигается с помощью добавок, содержащих либо MoS2, либо молибденовые комплексы с соединениями серы, например, дитиокарбаматы или дитиофосфаты.
Относительно недавно на рынке появилось новое поколение присадок производства NanoMaterials Ltd. (Израиль), и компания является фактически единственным производителем этих продуктов в мире, используя результаты исторического открытия и защищенных более чем 100 патентами. Особенностью данных присадок является использование в них частиц дисульфида вольфрама (WS2) вместо традиционного дисульфида молибдена (MoS2). Однако этим «новизна» присадок не ограничивается. Частицы дисульфида вольфрама (WS2) представляют собой фуллерено-подобные (IF), сферические по форме, неорганические по характеру частицы нано- и субмикронного размера. За каждой из характеристик этих новых частиц стоит большой смысл.
За счет сферической формы частицы IF-WS2 выполняют роль шариков, как в подшипнике, переводя трение скольжения преимущественно в трение качения с заведомо более низким коэффициентом трения. Зажатая между активными трущимися поверхностями, такая частица начинает катиться во время работы вместо привычного скольжения, при этом слегка пружиня за счет своей структуры, что снижает коэффициент трения и обеспечивает высокую эластичность и стойкость частиц в условиях экстремального статического и динамического контактного давления.
В ходе такой работы сферических частиц IF-WS2 их наружные слои-частицы начинают постепенно отслаиваться. Это происходит из-за многослойной «луковичной» структуры этих частиц IF-WS2, слои которой отшелушиваются в условиях статического/динамического давления, при задирах и ударных нагрузках. За счет наноразмеров частиц IF-WS2 (10–120 нм) и их сферической морфологии их отшелушившиеся частички способствуют заполнению неровностей, трещин и шероховатостей на металлических поверхностях, обеспечивая превосходную стойкость к нагрузкам и сглаживание трущихся поверхностей. Отделившиеся частицы образуют на металлической поверхности защитный слой, сглаживающий и защищающий ее от внешнего воздействия. В результате предотвращается разрастание и расширение микротрещин на поверхностях при последующих нагрузках и снижается износ металлических поверхностей.
Этот новый тип присадок ранее почти не применялся у российских потребителей, и поэтому для практического подтверждения этих эффектов присадок на основе наночастиц IF-WF2 компанией «Группа Нанотех-ойл» было проведено в 2019–2022 гг. два масштабных тестирования присадки АС1100 к моторным маслам дизельных двигателей тяжелых самосвалов в карьере УГМК на Северном Урале (22 месяца, 58 тестов отработанного масла) и на разрезе СУЭК в Кузбассе (7 месяцев, 14 тестов отработанного масла).
В обоих случаях опытно-промышленные испытания (ОПИ) проводились на 135-тонных «Белаз-75131» с двигателями Cummins KTA-50C мощностью 1 624 л. с. Для каждой программы ОПИ отбиралось по одной тестовой и одной контрольной машине с примерно одинаковой наработкой двигателей, что должно было обеспечить полную сопоставимость получаемых результатов.
По утвержденным интервалам моточасов (100, 250, 350 моточасов и т.д.) брались пробы отработанного масла в процессе эксплуатации и при его замене и проводился анализ взятых проб в независимых лабораториях по 36 показателям.
При испытаниях на одном из карьеров УГМК использовалось преимущественно моторное масло TEBOIL Super HPD 10W40. На разрезе СУЭК в Кузбассе присадка добавлялась в моторное масло G-Profi 15w40 и «Лукойл» 15w40 со схожими физико-химическими свойствами.
Основными задачами проведенных ОПИ были:
- подтверждение уровня снижения потребления масла и продления сроков эксплуатации моторных масел до полной замены моторного масла;
- снижение эксплуатационных расходов на двигательных установках за счет удлинения межсервисных интервалов самосвалов Белаз с 250 моточасов в 2,5–3 раза и снижения расходов деталей и материалов сервиса;
- повышение износоустойчивости трущихся поверхностей за счет антифрикционных свойств присадок и получающихся масляных смесей;
снижение потребления топлива; - повышения производительности труда и удельных объемов перевозимой породы;
- снижение вредных выбросов;
- продление сроков эксплуатации двигателей.
Результаты оценки снижения степени износа внутренних поверхностей ДВС в ходе ОПИ показали следующее:
1. Добавление присадки АС1100 в моторное масло снижает уровень железа в нем после нормативного срока его смены: уже в тесте № 1 контрольная машина – 21 мг/кг, тестовая машина – 2,8 мг/кг.
2. Показанный уровень железа в отработанном масле тестовой машины намного ниже предела износа железа, устанавливаемого компанией Cummins для своих двигателей, и ниже соответствующих индикаторов контрольной машины по всем интервалам смены и тестов масла. При использовании присадки AC1100 уровень содержания железа в масле в разы ниже, чем в масле без присадки АС1100, что подтверждает реальную работу присадки по снижению износа металлических частей двигателя.
То есть продление срока эксплуатации моторного масла с присадкой АС1100 в 2,5–3 раза не вызывает повышения износа металлических трущихся поверхностей двигателей самосвалов.
Чистая экономия от использования присадки AC1100 к моторному маслу дизельных ДВС тяжелых самосвалов, как показали реальные тесты, составляет десятки тысяч долларов США в год на одну машину за счет снижения расхода масла, расхода топлива и реального повышения производительности машин. Использование присадки AC1100 приводит к увеличению межсервисных интервалов по замене масла с 250 до 750 моточасов и далее – до 900 и 1 000 моточасов, что может обеспечить переход от 35 смен масла к 10–11 сменам в течение года. Экономия топлива по результатам ОПИ в СУЭК составила 29,74% на каждый моточас и 21,59% на каждый перевезенный кубометр породы.
Наноприсадки IF-WF2 компании NML используются не только применительно к моторным маслам, но и к смазкам, индустриальным маслам и СОЖ на разных основах.
Отличительной особенностью тестируемых присадок является использование дисульфид молибдена (MoS2) в присадках Lubrizol и HiTec и дисульфида вольфрама (IF-WS2) в присадке ЕМХ7320G производства компании NML. Частицы MoS2 больше размером и, как правило, имеют плоскую форму. Меньший размер и сферическая форма частиц дисульфида вольфрама (IF-WS2) обеспечивает несколько иной механизм их «работы» по поверхностям.
Использование присадок на основе IF-WF2 и готовых смазок не только позволяет снизить затраты, но и решает важные задачи эксплуатации горнодобывающей техники разного типа и условий эксплуатации.
текст: А. Е. Копылов, директор по развитию ООО «Группа Нанотех-ойл»,
фото: mybelaz.ru, group-nanotech.ru