Индекс вязкости масел по ГОСТ 25371: что это и как рассчитать

Что такое индекс вязкости масла

Вязкость любой жидкости падает при нагреве и растёт при охлаждении, но у разных масел этот процесс идёт с разной скоростью. Если коротко ответить, что такое индекс вязкости масла, — это число, получаемое сравнением масла с двумя опорными. Опорному маслу с резкой температурной зависимостью приписан индекс 0, опорному с пологой — индекс 100. Индекс исследуемого масла определяется тем, где оно оказывается между этими двумя.

Индекс вязкости не подменяет саму вязкость: у двух масел с одинаковым индексом вязкость при 40 °C может сильно различаться. Он отвечает на другой вопрос — как поведёт себя масло при отклонении температуры от рабочей. Исходные данные — кинематическая вязкость, о которой подробно сказано в статьях «Измерение вязкости: методы, динамическая и кинематическая вязкость»↗ и «Кинематическая вязкость нефтепродуктов по ГОСТ 33 и ASTM D445»↗.

По запросу «гост индекс вязкости» находят ГОСТ 25371, в котором изложен расчёт индекса вязкости нефтепродуктов по кинематической вязкости при 40 и 100 °C. Сходный по содержанию зарубежный документ — ASTM D2270. Здесь дан только общий принцип; точные таблицы опорных величин возьмите из действующего текста стандарта, где они приведены по шагам вязкости при 100 °C.

Зачем нужен индекс вязкости

Эксплуатация в широком интервале температур

Холодным утром моторное масло должно быть достаточно жидким, чтобы прокачиваться и обеспечить пуск, а в прогретом двигателе — достаточно вязким, чтобы удерживать масляную плёнку. У масла с высоким индексом вязкость при нагреве падает медленнее, так что одно и то же масло справляется и с пуском, и с защитой. Для всесезонных масел высокий индекс принципиален.

Гидравлика и трансмиссии

В гидросистемах слишком вязкое на холоде масло приводит к потерям давления, а слишком жидкое при нагреве — к внутренним перетечкам и износу. Поэтому в паспорте продукта наряду с классом вязкости приводят индекс вязкости гидравлического и трансмиссионного масла. Чем шире температурный интервал эксплуатации техники, тем выше требования к индексу.

Контроль качества и входная проверка

Снижение индекса в эксплуатации говорит о необратимых изменениях в масле, например о разрушении загущающей присадки под действием сдвига. Потому лаборатории определяют индекс не только у свежих масел, но и у проб из эксплуатации, сравнивая с паспортным значением. Чтобы в целом оценить образец, нередко хватает двух испытаний при разных температурах, которые требуются и для других характеристик.

Что считается высоким индексом

У минеральных масел простой очистки индекс сравнительно невысок. Масла с загущающими присадками и синтетические основы дают более высокие значения, а у современных товарных масел значения выше 100 — обычное дело. Высокий индекс сам по себе о качестве не говорит: он лишь отражает пологую температурную кривую, но не стойкость к окислению и не противоизносные свойства.

Как рассчитывают индекс вязкости по ГОСТ 25371

Для расчёта нужны два измерения: кинематическая вязкость при 40 °C (U) и кинематическая вязкость при 100 °C (Y). По значению Y в таблице стандарта находят две величины: L — вязкость при 40 °C опорного масла с индексом 0, у которого вязкость при 100 °C такая же, и H — вязкость при 40 °C опорного масла с индексом 100 при той же вязкости при 100 °C.

Масла с индексом до 100

Когда вязкость U при 40 °C меньше значения H, масло считают пригодным для формулы без логарифмов. Расчёт ведут так: индекс = (L − U) / (L − H) × 100. При U, равном L, индекс составляет 0, при U, равном H, — 100. Чем U ближе к H, тем результат выше.

Масла с индексом выше 100

Для масел, у которых U меньше H, используют логарифмическую формулу. Сперва находят вспомогательную величину N = (lg H − lg U) / lg Y, затем индекс = ((10^N − 1) / 0,00715) + 100. Коэффициент 0,00715 взят из стандарта; ошибка в нём искажает результат во всех знаках, поэтому его не округляют.

Интерполяция и округление

В таблице опорные величины даны с некоторым шагом по Y, и для промежуточных значений L и H применяют интерполяцию между соседними строками. Индекс по стандарту округляют до целого. При ручном расчёте нужна аккуратность: основная доля арифметических ошибок приходится именно на интерполяцию.

Получение исходных данных: вязкость при 40 и 100 °C

Капиллярный метод

Обе величины находят стеклянным капиллярным вискозиметром: пробу помещают в баню с заданной температурой, выдерживают и фиксируют время истечения между метками. Вязкость получают умножением времени на постоянную капилляра. Ошибка вязкости при 100 °C влияет на результат сильнее, чем такая же ошибка при 40 °C, поэтому высокотемпературную точку выдерживают с особой тщательностью.

Баня и её стабильность

Ошибка температуры бани прямо переносится на вязкость: у масел смещение температуры на один градус меняет вязкость на несколько процентов. Аппарат КАДАММ ВИС-КВ↗ для кинематической вязкости нефтепродуктов держит температуру с точностью ±0,1 °C, а в автоматическом исполнении — ±0,01 °C. Бани исполнений до 100 °C хватает для обеих точек при работе с маслами; для растворов полимеров предусмотрен отдельный аппарат КАДАММ ВИС-КВП↗ с баней до 135 °C.

Автоматический расчёт

Аппарат КАДАММ ВИС-КВИ↗ рассчитан на определение плотности, вязкости и индекса вязкости. В его бане с диапазоном 20–100 °C и точностью поддержания ±0,04 °C размещается до 4 проб одновременно, а в памяти записаны коэффициенты 99 капилляров. Время отсчитывается с точностью ±0,01 с. Индекс вязкости прибор вычисляет сам по двум измерениям, поэтому ручная интерполяция и ошибки в таблицах исключены. Это основа для массового входного контроля масел.

Подготовка пробы

От пробы требуется однородность: ни воды, ни взвеси, ни пузырьков воздуха. Загрязнённое масло фильтруют; если есть подозрение на воду и механические примеси, пробу готовят отдельно, например центрифугируют — см. статью «Центрифуга для нефти: вода и механические примеси». Перед определением при 100 °C капилляр обязан быть чистым и сухим.

Точность самих капилляров подтверждается по стандартным образцам вязкости; как проводится такая проверка, описано в статье «Поверка и калибровка вискозиметра, стандартные образцы вязкости»↗.

Индекс вязкости разных масел

Моторные масла

В технической документации индекс вязкости моторного масла приводят рядом с классом вязкости, а определяют его как раз по двум кинематическим вязкостям. Пусковые свойства при низкой температуре индекс не заменяет — их оценивают прямым измерением на аппарате КАДАММ ВИС-НТ↗, который определяет кажущуюся вязкость моторных масел при температурах от −5 до −40 °C в диапазоне 1500–27000 мПа·с.

Трансмиссионные и гидравлические масла

У трансмиссионных масел индекс тоже указан в паспорте, по нему судят о допустимом температурном интервале. Для гидравлических масел высокий индекс сокращает разброс скорости срабатывания исполнительных механизмов зимой и летом. Выбирая масло по индексу, сравнивайте значения, полученные по одному и тому же стандарту.

Индустриальные и специальные жидкости

Индустриальные масла нередко нормируют лишь по вязкости при 40 °C, а индекс служит дополнительным показателем при выборе поставщика. Если жидкость работает при нагреве выше 100 °C, стандартная пара температур даёт только условную картину, и вязкость определяют при рабочей температуре. Густые продукты и расплавы измеряют ротационными приборами, о которых написано в статье «Высокотемпературная вязкость: битумы, клеи-расплавы, полимеры»↗.

Ошибки расчёта и калькуляторы

Запросы «индекс вязкости калькулятор» и «калькулятор индекса вязкости масла» понятны: расчёт с интерполяцией трудоёмок. Калькулятор подходит, если в нём реализована вся таблица стандарта, а не упрощённая формула. Перед тем как верить результату, проверьте калькулятор на масле с известным индексом: расхождение на единицы означает ошибку интерполяции или устаревшие значения таблицы.

Типичные причины неверного результата собраны в таблице.

Если индекс эксплуатируемого масла резко ниже паспортного, причину надо искать не в расчёте, а в самом масле: это может быть разрушение присадки, попадание топлива или смешение с другим маслом.

Стандартный набор для определения индекса вязкости

Минимальный состав лаборатории, считающей индекс вязкости масел, зависит от потока проб. Ниже приведены типовые варианты и сопутствующее оборудование.

Для температурных проб и более точного выбора жидкостного термостата начните со статьи «Криостат и термостат: в чём разница». Если же вы пока определяетесь с методом измерения, полезен обзор «Что такое вискозиметр и какие бывают»↗.