Пластичные смазки - самостоятельный вид материалов

4.1. Производство автомобильных эксплуатационных материалов
1. Нефть, ее состав и физико-химические свойства.
Нефть - это природная горючая маслянистая жидкость, распространенная в
осадочной оболочке Земли; важнейшее полезное ископаемое. В состав нефти
входит смесь углеводородов самого разнообразного строения. Их молекулы
представляют собой и короткие цепи атомов углерода, и длинные, и
нормальные, и разветвленные, и замкнутые в кольца, и многокольчатые.
Путем перегонки из нее получают различные продукты нефти: бензин,
реактивное топливо, осветительный керосин, дизельное топливо, мазут".
Свойства нефти . Кроме углеводородов в состав нефти входит небольшое
количество кислородных и сернистых соединений и совсем немного
азотистых. Нефть и газ встречаются в земных недрах как вместе, так и
раздельно. Нефть включает в себя большую и сложную группу жидких,
газообразных и твердых углеводородов, т.е. соединения углерода и водорода,
а также иных примесей (азот, кислород и серу).
По свойствам нефть немного легче воды и практически в ней не
растворяется. Так как нефть – смесь различных углеводородов, то у нее нет
определенной температуры кипения. Среди определенных свойств нефти нет
цвета - она варьирует от светло-коричневой, почти бесцветной, до темнобурой, почти черной, а по свойствам плотности (от легкой 0,65-0,70 г/см3, до
тяжелой 0,98-1,05 г/см3). [19. с. 72]
Различают легкую (0,65-0,87 г/см3), среднюю (0,871-0,910 г/см3) и
тяжелую (0,910-1,05 г/см3) нефть. Теплота сгорания 43,7-46,2 МДж/кг (10 40011 000 ккал/кг).
Нефть растворима в органических растворителях, в воде при обычных
условиях практически нерастворима, но может образовывать с ней стойкие
эмульсии. [21 с. 118]
Состав нефти. В составе нефти выделяют углеводородную,
асфальтосмолистую и зольную составные части. Также в составе нефти также
выделяют порфирины и серу. Углеводороды, содержащиеся в нефти,
подразделяют на три основные группы: метановые, нафтеновые и
ароматические. Метановые (парафиновые) углеводороды химически наиболее
устойчивы, а ароматические - наименее устойчивы (в них минимальное
содержание водорода). При этом ароматические углеводороды являются
наиболее токсичными компонентами нефти. Асфальтосмолистая составная
нефти частично растворима в бензине: растворяемая часть - это асфальтены,
нерастворяемая - смолы. Интересно, что в смолах содержание кислорода
достигает 93% от его общего количества в составе нефти. Порфирины - это
азотистые соединения органического происхождения, они разрушаются при
температуре 200-250°С. Сера присутствует в составе нефти либо в свободном
состоянии, либо в виде соединений сероводородов и меркаптанов. Сера
является наиболее широко распространённой коррозийной примесью,
которую нужно удалять на нефтеперебатывающем заводе. Поэтому цена на
нефть с высоким содержанием нефти оказывается на много ниже, чем на
низкосернистую нефть.
2
Зольная часть состава нефти - это остаток, получаемый при ее сжигании,
состоящий из различных минеральных соединений.
Сырая нефть и ее характеристики. Нефть, получаемую непосредственно
из скважин называют сырой нефтью. При выходе из нефтяного пласта нефть
содержит частицы горных пород, воду, а также растворенные в ней соли и
газы. Эти примеси вызывают коррозию оборудования и серьезные
затруднения при транспортировке и переработке нефтяного сырья. Таким
образом, для экспорта или доставки в отдаленные от мест добычи
нефтеперерабатывающие заводы необходима промышленная обработка сырой
нефти: из нее удаляется вода, механические примеси, соли и твердые
углеводороды, выделяется газ. Газ и наиболее легкие углеводороды
необходимо выделять из состава сырой нефти, т.к. они являются ценными
продуктами, и могут быть утеряны при ее хранении. Кроме того, наличие
легких газов при транспортировке сырой нефти по трубопроводу может
привести к образованию газовых мешков на возвышенных участках трассы.
Очищенную от примесей, воды и газов сырую нефть поставляют на
нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ), где в процессе переработки из нее
получают различные виды нефтепродуктов. Качество, как сырой нефти, так и
нефтепродуктов, получаемых из нее, определяется ее составом: именно он
определяет направление переработки нефти и влияет на конечные продукты.
Важнейшими характеристиками свойств сырой нефти являются: плотность,
содержание серы, фракционный состав, а также вязкость и содержание воды,
хлористых солей и механических примесей.
Плотность нефти, зависит от содержания тяжелых углеводородов, таких как
парафины и смолы. Для ее выражения используется как относительная
плотность нефти, выраженная в г/см3, так и плотность нефти, выраженная в
единицах Американского института нефти - API, измеряемая в градусах. [11.
с. 89]
Относительная плотность = масса соединения/ масса воды
API = (141,5/ относительная плотность) - 131,5
таблица 1
Нефть
Относительная плотность, г/см3
Плотность API, °API
Легкая
0,800-0,839
36°-45,4°
Средняя
0,840-0,879
29,5°-36°
Тяжелая
0,880-0,920
22,3°-29,3°
Очень тяжелая
0,880-0,920
Менее 22,3°
По плотности можно ориентировочно судить об углеводородном составе
сырой нефти и нефтепродуктов, поскольку ее значение для углеводородов
различных групп различно. Более высокая плотность сырой нефти указывает
на большее содержание ароматических углеводородов, а более низкая - на
большее содержание парафиновых углеводородов. Углеводороды нафтеновой
группы занимают промежуточное положение. Таким образом, величина
плотности до известной степени будет характеризовать не только химический
состав и происхождение продукта, но и его качество. Наиболее
качественными и ценными являются легкие сорта сырой нефти (российская
3
Siberian Light) . Чем меньше плотность сырой нефти, тем легче процесс ее
переработки нефти и выше качество получаемых из нее нефтепродуктов.
По содержанию серы сырую нефть в Европе и России подразделяют на
малосернистую (до 0,5%), сернистую (0,51-2%) и высокосернистую (более
2%), в США - на сладкую (до 0,5%), среднесладкую/ среднекислую (0,51-2%)
и кислую (более 2%). Классификация, принятая в США, кажущаяся на первый
взгляд необычной, имеет, однако, прямое отношение к вкусу. На заре добычи
нефти в Пенсильвании, получаемый из нее керосин использовался в качестве
лампового масла для освещения помещений. Керосин с большим содержанием
серы давал отвратительный запах при сгорании, поэтому больше ценился
керосин с низким содержанием серы, сладкий на вкус. Отсюда и произошла
эта терминология.
Нефть является смесью нескольких тысяч химических соединений,
большинство из которых - комбинация атомов углерода и водорода углеводороды; каждое из этих соединений характеризуется собственной
температурой кипения, что является важнейшим физическим свойством
нефти, широко используемым в нефтеперерабатывающей промышленности.
На каждой из стадий кипения нефти испаряются определенные соединения,
этот процесс называют перегонкой нефти. Соединения, испаряющиеся в
заданном промежутке температуры, называются фракциями, а температуры
начала и конца кипения - границами кипения фракции или пределами
выкипания. Фракции, выкипающие до 350° С, называют светлыми
дистиллятами. Фракция, выкипающая выше 350° С, является остатком после
отбора светлых дистиллятов и называется мазутом. Мазут и полученные из
него фракции - темные. Названия фракциям присваиваются в зависимости от
направления их дальнейшего использования.
Как правило, сырая нефть содержит следующие фракции, из которых потом
получаются и основные продукты нефти: мазут, газойль, керосин, нафта,
бензин и углеводородные газы.
Различные нефти сильно отличаются по составу. В легкой нефти (light oil)
обычно больше бензина, нафты и керосина, в тяжелых - газойля и мазута.
Наиболее распространены нефти с содержанием бензина 20-30%.[18. с. 227]
Присутствие механических примесей в составе сырой нефти объясняется
условиями ее залегания и способами добычи. Механические примеси состоят
из частиц песка, глины и других твердых пород, которые, оседая на
поверхности воды, способствуют образованию нефтяной эмульсии.
Вязкость определяется структурой углеводородов, составляющих нефть, т.е.
их природой и соотношением, она характеризует свойства распыления и
перекачивания нефти и нефтепродуктов: чем ниже вязкость жидкости, тем
легче осуществлять ее транспортировку по трубопроводам, производить ее
переработку. Особенно важна эта характеристика для определения качества
масленых фракций, получаемых при переработке нефти и качества
стандартных смазочных масел. Чем больше вязкость нефтяных фракций, тем
больше температура их выкипания.
4
4.2. Автомобильные бензины
1. Требования, предъявляемые к топливу для карбюраторных
двигателей.
Топливом для карбюраторных автомобильных двигателей служит
автомобильный бензин, получаемый в результате прямой перегонки нефти и
крекинг-процесса. Требования, которые
предъявляются
к качеству
современных автомобильных бензинов, подразделяют на четыре группы:
1. От производителей автомобилей для обеспечения нормальной работы
двигателя;
2. От производителей бензинов, обусловленные возможностями
нефтеперерабатывающей промышленности;
3. Связанные с транспортированием и хранением автомобильных бензинов;
4. Экологические. [7 с. 3]
Требования, которые предъявляют производители двигателей с искровым
зажиганием к качеству применяемых бензинов: сжигание бензина в смеси с
воздухом в камере сгорания должно происходить с нормальной скоростью без
возникновения детонации на всех режимах работы двигателя в любых
климатических условиях. Это требование устанавливает нормы на
детонационную стойкость бензина.
Необходимо, чтобы бензин имел высокую теплоту сгорания, минимальную
склонность к образованию отложений в топливной и впускной системах, а
также нагара в камере сгорания. Продукты сгорания не должны быть
токсичными и коррозионно-агрессивными.
Испаряемость бензинов должна обеспечивать приготовление горючей смеси
при любых температурах эксплуатации двигателей.
Это требование регламентирует такие свойства и показатели качества бензина,
как фракционный состав, давление насыщенных паров, склонность к
образованию паровых пробок.
Производство автомобильных бензинов осуществляется на сложном
комплексе различных технологических процессов переработки нефти.
Требования к качеству вырабатываемых автобензинов, обусловленные
техническими возможностями отечественной нефтепереработки, накладывают
ограничения на показатели фракционного и углеводородного состава,
содержание серы и различных антидетонаторов.
Условия массового производства требуют обеспечения возможности
использования нефтяного сырья с возможно более широким варьированием по
углеводородному и фракционному составам и содержанию различных
сернистых соединений, что определенным образом влияет на установление
норм в спецификациях на соответствующие показатели качества бензинов.
В целях увеличения выхода бензина из перерабатываемого нефтяного сырья
производство заинтересовано в повышении температуры конца кипения, а
эффективное использование бензина в двигателе возможно при определенном
ограничении содержания высококипящих фракций.
Нормы на показатель детонационной стойкости устанавливаются на уровне,
достижимом с использованием имеющихся технологических процессов,
компонентов и присадок, допущенных к применению в составе бензинов.
5
Требования производителей автомобилей очень часто идут вразрез с
требованиями нефтепереработчиков, и в этих случаях необходимо определить
оптимальный экономически целесообразный уровень этих требований.
Примером
такого
компромисса
является
октановый
индекс,
характеризующий детонационную стойкость американских автобензинов.
Автомобилестроители США предлагали внести в спецификации оценку
октанового
числа
бензина
по
исследовательскому
методу,
а
нефтепереработчики — по моторному методу.
В результате в спецификацию был внесен показатель, равный полусумме
октановых чисел по исследовательскому и моторному методам.
Требования, связанные с транспортированием и хранением бензинов,
обусловлены необходимостью сохранения их качества в течение нескольких
лет.
Автомобильный бензин с завода-изготовителя по существующим
продуктопроводам,
железнодорожным,
водным
и
автомобильным
транспортом подается на крупные региональные перевалочные нефтебазы.
С этих баз хранения бензин поступает на нефтебазы, снабжающие
автозаправочные станции (АЗС), а далее автомобильными цистернами на
АЗС.
Транспортирование, хранение и применение бензина непосредственно на
автомобилях осуществляются в различных климатических условиях при
температуре от - 60°С до +40...45°С. Поэтому состав бензина должен
исключать возможность возникновения затруднений при транспортировании,
хранении и подаче по системе питания двигателя в любых климатических
условиях с возможно меньшими потерями и сохранением основных
показателей качества, обеспечивающих нормальную работу двигателя. Эти
требования эксплуатации регламентируют такие свойства топлива, как
химическая стабильность при хранении, прокачиваемость, зависящая от
температуры кристаллизации, вязкостнотемпературной характеристики и
содержания механических примесей, склонность к потерям от испарения,
растворимость воды и воздуха, содержание коррозионноагрессивных
соединений и др. Бензин с оптимальными значениями показателей этих
свойств может длительно храниться на складах и нефтебазах с минимальными
изменениями важнейших свойств и потерями, исключает возникновение
какихлибо осложнений при перекачках и транспортировании различными
видами транспорта и обеспечивает длительную стойкость против коррозии
материалов резервуаров, трубопроводов и деталей системы питания,
контактирующих с топливом.
Автомобильный бензин с завода-изготовителя по существующим
продуктопроводам,
железнодорожным,
водным
и
автомобильным
транспортом подается на крупные региональные перевалочные нефтебазы. С
этих баз хранения бензин поступает на нефтебазы, снабжающие
автозаправочные станции (АЗС), а далее автомобильными цистернами на
АЗС.
6
Воздействие бензинов на окружающую среду при применении их на
автомобильной технике связано с токсичностью соединений, попадающих в
атмосферный воздух, воду, почву непосредственно из топлива (испарения,
утечки) или с продуктами его сгорания.
Источниками токсичных выбросов автомобилей являются отработавшие
газы, картерные газы и пары топлива из впускной системы и топливного бака.
Отработавшие газы содержат оксид углерода, оксиды азота, серы,
несгоревшие углеводороды и продукты их неполного окисления,
элементарный углерод (сажа), продукты сгорания различных присадок,
например оксиды свинца и галогениды свинца при использовании
этилированных бензинов, а также азот и неизрасходованный на сгорание
топлива кислород воздуха.
Для уменьшения выбросов вредных веществ современные автомобили
оснащают каталитическими системами нейтрализации отработавших газов,
позволяющими дожигать несгоревшие углеводороды и оксид углерода до
СО2, а оксиды азота — восстанавливать до азота.
Экологические свойства бензинов обеспечиваются ограничениями по
содержанию отдельных токсичных веществ по групповому углеводородному
составу по содержанию низкокипящих углеводородов, а также серы и
бензола.
Эти ограничения позволяют обеспечить надежную работу каталитической
системы нейтрализации ОГ и способствуют уменьшению воздействия
автомобильного парка на загрязнение окружающей среды.
В связи с присоединением России к европейским экологическим
программам возникла острая необходимость в организации промышленного
производства автомобильных соответствующих европейским требованиям
(EN-228).
В соответствии с
концепцией развития российской автомобильной
промышленности
отечественный автопром должен
организовать
производство двигателей, отвечающих по токсичности выбросов с
отработавшими газами требованиям Евро-2 и Евро-3, а к 2008 году Евро-4.
С 2002 года все нефтеперерабатывающие заводы России перешли
исключительно на производство неэтилированных бензинов. В марте 2003
года Президент РФ подписал Федеральный закон «О запрете производства и
оборота этилированного автобензина в Российской Федерации» с 01.06.2003 г.
[7 с. 5]
Применение неэтилированных автомобильных бензинов, вырабатываемых по
ГОСТ Р 51105-97, позволяет обеспечить выполнение автомобилями норм
Евро-2 на выбросы с отработавшими газами, а бензинов, вырабатываемых по
ГОСТ Р 51866-2002, - норм Евро-3.[12. с. 121]
7
4.3. Дизельные топлива
1. Требования, предъявляемые к качеству дизельного топлива.
В настоящее время требования к качеству дизтоплива становятся все
более строгими. Конечно, в разных странах имеются определенные
расхождения, но четко обозначилась ориентация на снижение количества
серы в составе топлива. В наибольшей степени требования ужесточила
Швеция: в 1991 г. были введены требования к качеству дизтоплива первого и
второго класса, согласно которым содержание серы устанавливалось на
уровне 10 мг/кг и 50 мг/на соответственно для первого и второго классов; при
этом дополнительным стимулом для использования такого топлива стало
введение налоговых льгот, как для производителей, так и потребителей.
Следующей страной, принявшей меры в направлении ужесточения
требований к качеству дизтоплива, стали США. В 1993 г. в США начал
действовать стандарт Калифорнийского Совета по контролю за окружающей
средой (CARB), который лимитировал содержание серы в топливе. С конца
90-х годов все нефтеперерабатывающие заводы в США переориентировались
на изготовление дизтоплива, доля серы в котором составляла 50 мг/кг.
В европейский стандарт, регулирующий качество дизтоплива – EN 590,
также были внесены значительные поправки. Эти поправки касались
снижения доли серы в составе топлива до 0,035%; увеличения цетанового
числа 51; введения ограничений по вязкости и плотности на уровне от 2,0 до
4,5 мм2/с при температуре 400ºС или от 2,7 до 6,5 мм2/с при температуре
200ºС. Данный стандарт также ввел ряд новых характеристик дизтоплива:
окислительная стабильность, содержание полициклических ароматических
углеродов. Были предусмотрены определенные нормы значений этих
показателей.
Со стороны производителей автомобилей тоже исходит инициатива
ужесточения норм качества для дизтоплива: они предлагают снизить
существующие нормы содержания полициклических ароматических
углеродов и серы.
С 2005 г. нормы ужесточились еще сильнее: содержание серы не должно
превышать 10 мг/кг, а содержание полициклических ароматических углеродов
– 2%. Такое ужесточение норм и использование экологически безопасных
видов дизтоплива, несомненно, привело к снижению выброса вредных
веществ в атмосферу. Однако есть и обратная, негативная сторона медали:
уменьшение смазывающей способности топлива и повышение его
способности к образованию коррозии способствует преждевременному
выходу из строя топливных насосов. Это происходит вследствие того, что в
процессе очищения топлива происходит удаление активных веществ с
поверхности топлива, которые формируют защитную пленку.
Определение смазывающих характеристик дизтоплива осуществляется с
помощью ряда тестов. Координационный комитет Европы назначил для
исследования метод HFRR. Этот метод очень аккуратный и быстро оценивает
смазывающие характеристики дизтоплива. Смысл метода состоит в том, что
измеряется пятно амортизации, которое формируется в процессе трения
8
качения между шариком и пластиной при температуре 600ºС под влиянием
приложенной нагрузки 200г. Испытание сопровождается возвратнопоступательным движением шарика; при этом частота и длина хода
фиксируется, а поверхность границы раздела между шариком и пластиной
находится полностью в емкости с дизтопливом. В результате испытания, под
микроскопом определяется диаметр пятна амортизации на данном шарике.
Это и есть показатель смазывающих характеристик дизтоплива. 1997 году
методу HFRR был также присвоен статус американского стандарта под
названием ASTM D 6079. С 2000 г. данный метод включен в стандарт EN 590,
согласно которому диаметр пятна амортизации не должен превышать 460
мкм.
К основным эксплуатационным показателям дизтоплива относятся:
Цетановое число, которое является показателем его воспламеняемости. Его
величина отображает способность топлива к воспламенению и период
задержки (временной промежуток от его впрыска до начала горения).
Цетановое число дизельного топливо влияет на его затрата, жесткость работы
двигателя, дымность газов и запуск двигателя. Чем выше это число, тем лучше
воспламеняемость топлива, короче временные промежутки между впрыском и
воспламенением, плавность работы двигателя и экономико-технические
показатели работы двигателя.
Цетановый индекс – цетановое число (расчетное), до добавления
повышающей присадки в дизтопливо. Цетаноповышающие присадки поразному влияют на физический и химический состав топлива, поэтому следует
избегать их передозировки. Во избежание изменения состава, необходимо
чтобы маржа между цетановым числом и цетановым индексом была
минимальной. Цетановый индекс является определяющим фактором качества
дизельного на промежуточной стадии его производства.
Фракционный состав, как и цетановое число, - это показатель качества
дизтоплива. Он определяет издержка топлива во время работы двигателя,
легкость запуска и бесперебойность работы, износ деталей, образование
нагара и закокосованности на форсунках, пригорания колец. Средняя
испаряемость (температура выкипания половины объема топлива) отображает
рабочие фракции топлива, от которых зависит запуск двигателя, время
прогрева, стабильность и приемистость работы, плавность переключения
режимов работы. Полнота испарения топлива – температура, при которой
выкипает 95% топлива. Если ее значение велико, то топливо не успевает
полностью испариться и оседает на стенках цилиндра в виде пленки или
капель, что в свою очередь приводит к образованию нагара, разжижается
масло и снижается рабочий ресурс.
Температура вспышки в закрытом тигле – самое низкое значение
температуры топлива, при которой над поверхностью образуется
воспламеняющаяся смесь паров, газов и воздуха.
Массовая доля серы - характеристика по своей сути двойственная. С одной
стороны, повышенное содержание серы указывает на «грязный» выхлоп, а так
же приводит к образованию кислотных соединений, которые снижают
качество масла в двигателе. Ухудшается качество смазывающих,
9
износостойких и моющих характеристик масла, а также образовывается
серный нагар. Результат - малый ресурс работы двигателя. Во избежание
амортизации двигателя, приходится сокращать межсервисный промежуток
для обслуживания автомобиля, а, следовательно, повышаются расходы
владельца.
Другая сторона - уменьшение содержания серы в топливе приводит к
снижению смазывающих свойств топлива, что влечет за собой уменьшение
рабочего ресурса ТНВД и форсунок. Тогда необходимо вводить в него
специальные противоизносные присадки.
Кинематическая вязкость и плотность топлива – характеристики, которые
определяют и обеспечивают нормальную и бесперебойную подачу топлива,
его распыляемость в камере сгорания. [18 с. 13]
Смазывающая способность дизтоплива - характеристика, которая определяет
срок службы элементов топливной системы.
В дизельных двигателях сложные процессы смесеобразования и сгорания
топлива происходят в течение очень малого промежутка времени. Угол
поворота коленчатого вала за этот период соответствует только 20˚.
Поэтому, чем будет быстроходнее двигатель, тем время этого процесса будет
меньше.
Если сравнивать бензиновый и дизельный двигатели, то в бензиновом
двигателе при равной частоте вращения коленчатого вала на процесс
смесеобразования и сгорания рабочей смеси приходится в 10…15 раз больше
времени.
Исходя из такого явления, происходящего в цилиндрах дизельного
двигателя, к качеству дизельного топлива предъявляются специфические
требования, такие как:
-Хорошая прокачиваемость как условие бесперебойной и надежной работы
ТНВД;
-Обеспечение тонкого распыла и хорошего смесеобразования;
-«Мягкий» пуск дизельного двигателя;
-Полное сгорание рабочей смеси в цилиндрах и при этом работа двигателя
должна быть «мягкая»;
-Предотвращение нагорообразования на клапанах, поршнях и поршневых
кольцах;
-Недопущение зависания игл и закоксовывания распылителей форсунок;
-Отсутствие
коррозионного
воздействия
на
детали
двигателя,
топливоподающую систему, топливопроводы и топливные баки;
-Высокая химическая и физическая стабильность. [12 с. 73]
Таким образом, надежная и экономичная работа дизельного двигателя
обеспечивается при выполнении следующих условий:
-Дизельное топливо для двигателя подобрано правильно;
-Оптимальный угол опережения впрыска установлен верно;
Во время рабочего хода рабочая смесь сгорает полностью. Если эти главные
условия не будут соблюдаться, то мощность дизельного двигателя будет
падать, дымность темного выхлопа увеличиваться, а удельный расход топлива
возрастет.
10
4.4. Газообразные топлива
1. Требования, предъявляемые к качеству топлив для газобаллонных
автомобилей.
Для газобаллонных автомобилей в качестве топлива используют
сжиженные углеводородные нефтяные и сжатые природные газы, жидкий
метан и др. Наиболее широко применяют сжиженные газы, так как по
сравнению с другими газами они имеют более высокие техникоэкономические и санитарно-гигиенические показатели.
К сжиженным газам относятся такие, которые переходят из газообразного
состояния в жидкое при температуре окружающей среды и сравнительно
небольших избыточных давлениях. Сжиженные газы должны удовлетворять
следующим требованиям: иметь стабильный компонентный состав в условиях
эксплуатации; обеспечивать избыточное давление насыщенных паров от 1,6
до 0,07 МПа в интервале температур от +45 до —30 °С; не иметь жидкого
неиспаряющегося осадка при испарении и редуцировании в автомобильной
газовой аппаратуре.
В качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания обычно
используется смесь пропан-бутан. Преимуществом СУГ является
нетоксичность, отсутствие коррозии, высокое октановое число (105—108 в
зависимости от местных условий). СУГ горят намного чище, чем бензин или
дизтопливо. Пропан является третьим наиболее широко используемым
моторным топливом в мире. В 2011 более 15 миллионов автомобилей по
всему миру работали на пропане. Более 20 млн. тонн СУГ используются
ежегодно в качестве моторного топлива.
Основными компонентами сжиженных газов (современного топлива для
двигателей) являются пропан С3Н8, бутан С4Н10 и их смеси. Получают эти
углеводороды из газов, сопутствующих нефти, при бурении скважин и из
газообразных фракций, образующихся при различных видах переработки
нефтепродуктов и каменного угля.
Критические температуры пропана (97 °С) и бутана (126 °С) значительно
выше обычных температур окружающей среды, поэтому эти углеводороды
при небольшом давлении (без охлаждения) переходят в жидкое состояние.
При 20 °С пропан сжижается под давлением 0,716 МПа, а бутан — под
давлением 0,103 МПа, т.е. газобаллонные установки для производства
сжиженного газа являются установками среднего давления.
Рассмотрим, какие требования предъявляются к качеству топлив для
газобаллонных автомобилей.
В качестве межгосударственного стандарта
в Российской Федерации
действует с 1 января 2002 г. межгосударственный стандарт ГОСТ 275772000 «Газ природный топливный компримированный для двигателей
внутреннего сгорания. Технические условия», утвержденный Постановлением
Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и
метрологии от 25 января 2001 г. № 32-ст. [4. с. 1] Взамен ГОСТ 27577-87.
Настоящий стандарт распространяется на природный компримированный
газ, применяемый в качестве альтернативного топлива для двигателей
11
внутреннего сгорания транспортных средств: автомобилей, железнодорожного
транспорта, речных судов и сельскохозяйственной техники.
Природный топливный компримированный газ получают из горючего
природного газа, транспортируемого по магистральным газопроводам или
городским газовым сетям, компримированием и удалением примесей на
газонаполнительной компрессорной станции (ГНКС) по технологии, не
предусматривающей изменения компонентного состава и утвержденной в
установленном порядке. По физико-химическим показателям газ должен
соответствовать требованиям и нормам, приведенным в таблице 2
Таблица 2
Наименование показателя
Значение Метод испытания
1 Объемная теплота сгорания низшая, кДж/м , не 31800
менее
3
2 Относительная плотность к воздуху
По ГОСТ 22667
0,55-0,70 По ГОСТ 22667
3 Расчетное октановое число газа (по моторному 105
методу), не менее
По п. 6.4
4 Концентрация сероводорода, г/м3, не более
0,02
По ГОСТ 22387.2
5 Концентрация меркаптановой серы, г/м , не более
0,036
По ГОСТ 22387.2
3
6 Масса механических примесей в 1 м , мг, не более
1,0
По ГОСТ 22387.4
доля
негорючих 7,0
По ГОСТ 23781
8 Объемная доля кислорода, %, не более
1,0
По ГОСТ 23781
9 Концентрация паров воды, мг/м , не более
9,0
По
ГОСТ
раздел 2
3
7
Суммарная
объемная
компонентов, %, не более
3
20060,
Примечание - Значения показателей установлены при температуре 293 К (20 °С) и
давлении 0,1013 МПа.
Избыточное давление газа в момент окончания заправки баллона должно
соответствовать ТУ на ГНКС и ТУ на газобаллонные средства заправки.
Температура газа, заправляемого в баллон, может превышать температуру
окружающего воздуха не более чем на 15 °С, но не должна быть выше 333 К
(60 °С).
4.5. Масла для двигателей
12
1. Основные требования к качеству масел
Экономическое значение смазочных масел определяется не затратами на
них, а их влиянием на безотказность, долговечность, экономичность и
производительность машин, величину затрат на их техническое обслуживание
и ремонт. Общий объем производства смазочных масел в российской
нефтепереработке в 2011 году составил около 3 млн. тонн.
Моторное масло - это смазочный материал для поршневых двигателей
внутреннего сгорания. Ресурс и надежность двигателя во многом зависят от
того, насколько применяемое моторное масло по всем характеристикам
соответствует предъявляемым требованиям. Любое несоответствие неизбежно
влечет за собой существенные потери, связанные с затратами на ремонт
двигателей
и
вынужденными
простоями
автомобиля.
Требования к качеству масла непрерывно повышаются и расширяются. Для
обеспечения надежной и экономичной эксплуатации двигателей они должны:
- предохранять детали ДВС от интенсивного накопления углеродистых
отложений, не допуская закоксовывания поршневых колец;
обладать
высокими
противоизносными,
противозадирными,
противокоррозионными и защитными свойствами;
- обеспечивать максимальное снижение механических потерь в двигателе и
удельного расхода топлива;
- иметь оптимальный фракционный состав, низкую испаряемость,
минимальный расход;
- обладать совместимостью при смешении в пределах одной
классификационной группы с различными композициями присадок;
- в процессе длительного хранения должны быть стабильными, сохранять
эксплуатационные свойства.
В зависимости от температуры окружающей среды вязкость масла должна
соответствовать базовым требованиям.
Современные масла, особенно групп rt и Г2, содержащие до 5-8% моющих
присадок, способны защищать ДВС при периодической эксплуатации и
хранении автомобилей в течение 1-1,5 года. Новые масла способны снижать
отдельные виды износа. Только некоторые из них, содержащие в своем
составе современные пакеты присадок, имеют достаточно хороший уровень
эксплуатационных свойств. Можно отметить единое для всех типов
двигателей всесезонное М-43/8 ГРК на полусинтетической основе. Это масло
обеспечивает устойчивый запуск двигателей при температурах от +38°С до 43°С. В настоящее время на смену всесезонному маслу М63/10Г1 с 1986г.
начато производство масел Мбз/ЮП с низкотемпературными свойствами и
значительной зольностью, а также масло М-ба/121 для умеренных
климатических зон и практически для всех видов двигателей ВАЗ.
По ГОСТ 17479.1-85 моторные масла делятся по эксплуатационным
свойствам на группы и по вязкости на классы. [15. с. 37]
По вязкости масла подразделяются на следующие классы: 6, 8, 10,
12,14,16,20 мм2/с (сСт) при 100 °С, а также 4з/10,43/8, 53/10, 53/12, 63 /10,
63/12, 63/14. Обозначение в виде дроби относится к загущенным маслам.
13
Знаменатель дроби показывает вязкость в мм2/с (сСт) при 100°С, а числитель
регламентирует вязкость масла при -18 °С. Масла с малой вязкостью
рекомендуется применять зимой, с большей вязкостью - летом, загущенные
масла применяются круглый год (всесезонно). Для большинства марок
грузовых автомобилей, тракторов и машин на их базе летом применяются
масла вязкостью 10 мм2/с (с/Ст) при 100°С, зимой - 8. Для бензиновых
двигателей грузовых автомобилей масла вязкостью 8 мм2/с можно
использовать как всесезонные.
При оценке качества масла
международным языком
стала
квалификационная система, разработанная Американским институтом нефти
API. В институте регулярно проводятся испытания моторных масел всех
фирм, по их результатам присваивается индекс качества в соответствии с
требованиями, предъявляемыми конструкторами автомобилей. Буквы API на
этикетке предшествуют символам класса качества. Их два: шкала Sиспользование в бензиновых двигателях; шкала С - использование в
дизельных двигателях. Ступени качественного уровня обозначаются
латинскими буквами. В системе API есть восемь классов для бензиновых
двигателей (А, В, С, D, Е, F, G, Н) и шесть классов — для дизелей (А, В, C, D,
E, F4). [12. с. 53]
Классификация качества моторных масел по API. Для бензиновых двигателей
SA-SD - отменены, не выпускаются SE- для конструкций до 1979 г. SF -для
конструкций 1980— 1988 гг. SG - для конструкций 1989—1994 гг. SH (с 07.93
г.) - высший класс качества для новейших бензиновых двигателей Для
дизельных двигателей САСС- отменены, не выпускаются CS (с 1955 г.) -в
настоящее время рекомендуется для двигателей легковых автомобилей СЕ (с
1984 г.) - охватывают весь спектр нагрузок CF4 (с 1991 г.) - охватывают весь
спектр нагрузок Комитет конструкторов автомобилей стран общего рынка
ССМС контролирует качество масла и имеет свою индексацию. Эта
организация преобразована в АСЕА, и новая спецификация АСЕА уже
подготовлена, но указания ССМС еще действуют. ССМС G4 и ССМС G5
соответствуют уровням API SFnSG/SH для бензиновых двигателей; ССМС D4
и ССМС D5 соответствуют уровням API CD и CE/CF4 для дизельных. Индекс
ССМС PD2 разрешает использовать эти масла в дизельных двигателях
легковых автомобилей. С апреля 1989 г. не действуют классы G1 и D1, а с 1
января 1990 г. — классы G2, G3,D2,D3,PD1. Индекс МIL-L говорит о том; что
масло можно использовать в американской армии. Некоторые сорта масел
получают соответствующий сертификат JLSAC (международный комитет по
стандартизации смазочных материалов) и клеймо ЕС (энергосберегающие).
Такие масла уменьшают трение и позволяют экономить до 2,7 % топлива (для
масел группы ЕС-II) и до 1,5 % (для масел группы ЕС-1). Часто на упаковке
встречаются номера сертификатов фирм производителей автомобилей,
присваивающих их после заводских испытаний и рекомендующих
использовать эти масла в производимых ими автомобилях.
4.6. Трансмиссионные масла
1. Требования, предъявляемые к трансмиссионным маслам.
14
Трансмиссионные масла применяют в коробках передач, мостах, в
раздаточных коробках, механизмах рулевого управления — везде, где
вращающий момент передается либо зубчатыми парами (тогда масло
выполняет только функции смазки), либо посредством самого масла, как,
например, в гидромеханических передачах (в них является рабочим телом). И
надо отметить, что есть очень много марок автомобилей, в коробки передач
которых заливают то же масло, что и в двигатели. Как правило, зубчатые
передачи и находящиеся внутри агрегатов подшипники смазываются
погружением в масло и разбрызгиванием. Однако есть конструкции, где такой
смазки недостаточно - тяжелонагруженные или особо сложные механизмы с
труднодоступными для капель и масляного тумана сопряжениями требуют
принудительного подвода масла. К ним смазку подают под давлением.
Для обеспечения работоспособности механизмов трансмиссионные масла
должны выполнять следующие функции:
- предотвращать износ поверхностей трения за счет образования стойкой
масляной пленки между ними;
- снижать потери на трение в зубчатых зацеплениях;
- отводить тепло от поверхностей трения;
- удалять продукты износа из зон трения;
- защищать детали от коррозии;
- снижать ударные нагрузки на шестерни, вибрации и шум, уплотняя
зазоры между поверхностями трения. [15. с. 101]
Доля трансмиссионных масел в общем объеме смазочных материалов,
потребляемых автомобилем за весь срок эксплуатации, всего лишь 0,3—0,5%.
Меняют их не часто: или через 75—150 тыс. км, или, если автомобиль
эксплуатируется нерегулярно, через каждые 3—7 лет независимо от пробега.
Несмотря на то, что трансмиссионные масла работают в условиях,
безусловно, более легких, чем моторные, они испытывают высокие нагрузки.
Давление в зонах контакта цилиндрических, конических и червячных передач
может составлять от 500 до 2000 МПа, а гипоидных — до 4000 МПа. Скорость
скольжения зубьев друг относительно друга на входе в зацепление изменяется
в диапазоне 1,5 -12м/с в конических и цилиндрических передачах; 20—25 м/с
— в червячных; в гипоидных она может превышать 15 м/с. Рабочая
температура масла в агрегатах трансмиссий изменяется от температуры
окружающего воздуха до 200°С, однако в точках контакта зубьев часто
возникает кратковременный местный перегрев - до 300°С, а иногда и выше. В
результате — износ, задиры, питтинг (точечное выкрашивание зубьев
шестерен) и многое другое.
К трансмиссионным маслам предъявляют самые разнообразные
эксплуатационные требования, подчас довольно противоречивые. Масла
должны, с одной стороны, сохранять высокую вязкость при рабочих
температурах, чтобы не разрушалась пленка и нормально уплотнялись зазоры,
с другой - не становиться слишком вязкими при низких температурах
окружающей среды, чтобы в начале работы агрегата холодное масло не
препятствовало свободному вращению шестерен.
15
Способность масла соответствовать этим требованиям отражает индекс
вязкости. Чем он выше, тем меньше изменяется вязкость масла в зависимости
от изменения температуры. Кроме того, масла должны обладать высокими
антикоррозионными, антиокислительными, противопенными и другими
свойствами, а также иметь высокую термоокислительную стабильность
(длительная стабильность характеристик в рабочих условиях и при хранении)
и не быть агрессивными по отношению к резиновым уплотнениям и цветным
металлам.
К маслам, работающим в автоматических коробках передач, предъявляются
гораздо более высокие требования по вязкости, антифрикционным,
противоизносным и антиокислительным свойствам, чем к применяемым в
других агрегатах. Поскольку автоматические коробки включают в себя
несколько совершенно разнородных узлов - гидротрансформатор,
шестеренчатую коробку передач, сложную систему управления, - спектр
функций масла весьма широк. Оно и смазывает, и охлаждает, и передает
вращающий момент. Динамические нагрузки в таких передачах меньше, чем в
обычных коробках передач из-за отсутствия жесткой связи между двигателем
и трансмиссией. Средняя рабочая температура масла в картере
автоматической коробки составляет 80-95°С, в жаркую же погоду при
городском цикле движения она Может подниматься до 150°С. [15. с. 103]
Конструкция автоматической коробки такова, что если с двигателя
снимается мощность большая, чем нужно для преодоления дорожного
сопротивления, ее избыток расходуется на внутреннее трение масла, оно еще
больше нагревается. Высокие скорости движения потоков масла в
гидротрансформаторе и температура вызывают интенсивную аэрацию,
приводящую к вспениванию, что создает благоприятные условия, во-первых,
для окисления самого масла, во-вторых, для коррозии металлов. Разнообразие
материалов в парах трения автоматической коробки (сталь-сталь, стальметаллокерамика, сталь-бронза) затрудняет подбор антифрикционных
присадок к маслам. К тому же разнородные по материалам детали, работая во
вспененном и постепенно насыщающемся кислородом и водой масле,
образуют электрохимические пары, активизирующие коррозионный износ. В
таких условиях должно не только сохранять свои эксплуатационные свойства
и защищать поверхности трения, но и, как передающая вращающий момент
среда, обеспечивать высокий КПД трансмиссии. И вот тут требования к вязке
пря мо противоположны тем, что предъявляются, когда речь идет только о
смазке. Для смазки шестерен нужна высокая вязкость. Для нормальной работы
гидротрансформатора -низкая (4-9 сСт при 100°С).
В основном трансмиссионные масла имеют минеральную (нефтяную)
основу. Однако в последнее время появляется все большее количество масел
на синтетической и полусинтетической основах. Для придания маслам
функциональных и специфических свойств в основу вводят различные
присадки: противозадирные, загущающие, противокоррозионные и др.
Некоторые специалисты по трансмиссионным маслам считают, что
минеральные базовые масла во многом лучше синтетических, так как у них
изначально выше смазывающие качества. Пьезовязкостные свойства, то есть
16
способность образовывать прочную смазывающую пленку под высоким
давлением, у них развиты больше, нежели у часто используемых в качестве
синтетической основы полиальфаолефинов (ПАО). Да и эффективность
присадок в минеральной и синтетической основах неодинакова — в
минеральной основе они растворяются лучше, и для достижения высоких
антифрикционных качеств лучше подходят минеральные основы.
Другое дело, что добиться высоких интервалов между заменами масла
можно только при использовании «синтетики». И конечно, полностью
синтетические масла необходимо использовать там, где предполагаются
высокие обороты и интенсивные нагрузки, - в высокофорсированных
двигателях.
4.7. Пластичные смазки
1. Каким образом получают пластичные смазки.
Пластичные (консистентные) смазки представляют собой смазочные
материалы, проявляющие в зависимости от нагрузки свойства жидкости или
твёрдого тела. При малых нагрузках они сохраняют свою форму, не стекают с
17
вертикальных поверхностей и удерживаются в негерметизированных узлах
трения. Пластичные смазки состоят из жидкого масла, твёрдого загустителя,
присадок и добавок. Частицы загустителя в составе пластичных смазок
имеющие коллоидные размеры, образуют структурный каркас, в ячейках
которого удерживается дисперсионная среда (масло). Благодаря этому
пластичные смазки начинают деформироваться подобно аномально-вязкой
жидкости только при нагрузках, превышающих предел прочности пластичные
смазки (обычно 0,1—2 кн/м2, или 1—20 гс/см2). Сразу после прекращения
деформирования связи структурного каркаса восстанавливаются и смазка
вновь приобретает свойства твёрдого тела. Это позволяет упростить
конструкцию и снизить вес узлов трения, предотвращает загрязнение
окружающей среды. Сроки смены пластичных смазок больше, чем смазочных
материалов. В современных механизмах пластичные смазки часто не меняют в
течение всего срока их службы. Их мировое производство составляет около 1
млн. т в год (3,5% выпуска всех смазочных материалов).
Пластичные смазки получают, вводя в нефтяные, реже синтетические,
масла 5—30 (обычно 10—20) % твёрдого загустителя. Процесс производства
периодический. В варочных котлах готовят расплав загустителя в масле. При
охлаждении загуститель кристаллизуется в виде сетки мелких волокон.
Загустители с температурой плавления выше 200—300 °С диспергируют в
масле при помощи гомогенизаторов, например коллоидных мельниц. При
изготовлении в состав некоторых пластичных смазок вводят присадки
(антиокислительные, антикоррозионные, противозадирные и др.) или твёрдые
добавки (антифрикционные, герметизирующие). [15. с. 98]
Пластичные смазки классифицируют по типу загустителя и по области
применения. Наиболее распространены мыльные пластичные смазки.,
загущенные кальциевыми, литиевыми, натриевыми мылами высших жирных
кислот. Гидратированные кальциевые пластичные смазки (солидолы)
работоспособны до 60—80 °С, натриевые до 110 °С, литиевые и комплексные
кальциевые до 120—140 °С. На долю углеводородных пластичные смазки.,
загущаемых парафином и церезином, приходится 10—15% всего выпуска
пластичных смазок. Они имеют низкую температуру плавления (50—65 °С) и
используются в основном для консервации металлоизделий.
В зависимости от назначения и области применения различают следующие
типы пластичных смазок. Антифрикционные, снижающие трение скольжения
и уменьшающие износ. Их применяют в подшипниках качения и скольжения,
шарнирах, зубчатых и цепных передачах индустриальных механизмов,
приборов, транспортных, с.-х. и др. машин. Консервационные,
предотвращающие коррозию металлоизделий. В отличие от др. покрытий
(окраска, хромирование) они легко удаляются с трущихся и др. поверхностей
при расконсервировании механизма. К уплотнительным пластичным смазкам
относятся арматурные (для герметизации прямоточных задвижек, пробковых
кранов), резьбовые (для предотвращения заедания тяжелонагруженных или
высокотемпературных резьбовых пар), вакуумные (для герметизации
подвижных вакуумных соединений).
18
Пластичные смазки - самостоятельный вид материалов, обеспечивающих
надежность и долговечность техники(ранее их называли консистентными). Их
мировое производство составляет около миллиона тонн в год, что значительно
меньше выпуска смазочных масел (около 40 млн. т/год).
Итак, пластичная смазка - это структурированная высокодисперсная
система, которая состоит, как правило, из базового масла и загустителя. При
обычных температурах и малых нагрузках она проявляет свойства твердого
тела, т. е. сохраняет первоначальную форму, а под нагрузкой начинает
деформироваться и течь подобно жидкости. После снятия нагрузки
пластичная смазка вновь застывает. Основное ее назначение - уменьшить
износ поверхностей трения и продлить тем самым срок службы деталей
машин и механизмов. В отдельных случаях смазки не столько уменьшают
износ, сколько упорядочивают его, предотвращают трение и заклинивание
смежных поверхностей, препятствуют проникновению агрессивных
жидкостей, абразивных частиц, газов и паров. Смазки, которые практически
не изменяют своих показателей качества весь период работы в узле трения,
относятся к «вечным» (т. е. закладываются одноразово на весь период работы
техники) или долго работающим (с большим периодом замены).
Почти все смазки обладают антикоррозийными свойствами. Для защиты
металлических поверхностей от коррозии при транспортировке и длительном
хранении разработаны консервационные смазки. Для герметизации зазоров в
механизмах и оборудовании, а также соединений трубопроводов и запорной
арматуры созданы уплотнительные смазки с лучшими герметизирующими
свойствами, чем у масел.
Некоторые смазки специального назначения увеличивают коэффициент
трения, изолируют или, наоборот, проводят ток, обеспечивают работу узлов
трения в условиях радиации, глубокого вакуума и т. п. По составу это
сложные коллоидные системы, состоящие из жидкой основы, которая
называется дисперсионной средой, и твердого загустителя - дисперсной фазы,
а также наполнителей и присадок. В качестве дисперсионной среды
используют различные масла и жидкости. Около 97% пластичных смазок
готовят из нефтяных продуктов. Применяются и синтетические масла для
смазок, работающих в специфичных и экстремальных условиях: сложные
эфиры,
фторуглероды
и
фторхлоруглероды,
полиалкиленгликоли,
полифениловые эфиры, кремнийорганические жидкости. Из-за высокой
стоимости такие масла распространены не очень широко.
В отдельных случаях используют растительные масла. Работы в этом
направлении весьма перспективны, поскольку материалы на основе
компонентов биосферного происхождения значительно безопаснее для
окружающей среды, чем минеральные аналоги.
Область применения смазки во многом определяется температурой
плавления и разложения дисперсной фазы, а также ее концентрацией и
растворимостью в масле. От природы загустителя зависят антифрикционные и
защитные
свойства, водостойкость,
коллоидная, механическая и
антиокислительная стабильность смазки. Для придания этих свойств в состав
19
вводят соли высших карбоновых кислот, высокодисперсные органические и
неорганические вещества, тугоплавкие углеводороды.
В связи с ужесточением режимов эксплуатации узлов трения в большую
часть современных пластичных смазок вводят добавки - присадки и
наполнители. Используют присадки следующих типов: противоизносные,
противозадирные, антифрикционные, защитные, вязкостные и адгезионные.
Многие из них многофункциональные, т.е. улучшают несколько свойств
одновременно.
В
качестве
наполнителей
используются
высокодисперсные,
нерастворимые в маслах вещества, улучшающие эксплуатационные
характеристики смазки, но не образующие в ней коллоидной структуры.
Чаще применяют наполнители с низким коэффициентом трения: графит,
дисульфид молибдена, сульфиды некоторых металлов, полимеры,
комплексные соединения металлов и др. Оксиды цинка, титана и
одновалентной меди, алюминия, олова, бронзы и латуни широко используют в
резьбовых,
уплотнительных
и
антифрикционных
смазках
для
тяжелонагруженных узлов трения скольжения. Обычно эти наполнители
добавляют в объеме от 1 до 30% количества смазки.
4.8. Технические жидкости
1. Требования, предъявляемые к охлаждающим жидкостям.
Основными требованиями, предъявляемыми к охлаждающим жидкостям,
являются: низкая температура замерзания, высокая теплоемкость, малая
испаряемость и небольшой коэффициент объемного расширения от
нагревания, наименьшее корродирующее влияние на детали системы
20
охлаждения, наименьшее выделение осадков или накипи, способных
отлагаться на стенках системы охлаждения.
Наиболее широко в качестве охлаждающей жидкости применяется вода.
Однако необходимо иметь в виду, что не всякая вода одинаково пригодна в
качестве охлаждающей жидкости. Следует избегать использования воды,
содержащей минеральные примеси, образующие накипи на внутренних
поверхностях системы. Поэтому рекомендуется употреблять только мягкую
воду или воду, предварительно обработанную специальными примесями.
Зимой в качестве охлаждающих применяются специальные жидкости
(антифризы), не замерзающие при температурах до —40°С. Антифриз
представляет собой смесь этиленгликоля и воды. Стандартными марками
этиленгликолевых смесей являются 65 и 45, имеющие температуру
замерзания —65 и —45° С, Этиленгликоль ядовит, вследствие чего при
обращении с ним необходимо соблюдать меры предосторожности.
Кроме этиленгликолевых смесей в качестве охлаждающих жидкостей
могут быть использованы водно-спиртовые и водно-спиртоглицериновые
смеси.
Для обеспечения нормальной работы всей системы к охлаждающей
жидкости предъявляют ряд требований. Жидкость должна:
-иметь высокие теплоемкость и теплопроводностъ для эффективного отвода
тепла;
-не замерзать и не кипеть при всех рабочих температурах двигателя;
-не воспламеняться;
-не вспениваться;
-не вызывать коррозии металлов и сплавов;
-не разъедать резинотехнические изделия системы охлаждения;
-обладать достаточно низкой стоимостью и производиться в достаточном
количестве. [23 с. 122]
Для эксплуатации двигателей при положительных температурах воздуха
самой подходящей охлаждающей жидкостью является вода. При
отрицательных температурах во избежание замерзания воды применяют
водные смеси с различными веществами, понижающими температуру
застывания. Такие смеси получили название антифризов.
Вода - наиболее распространенная охлаждающая жидкость. Она доступна,
безопасна в пожарном отношении, безвредна для человека и имеет высокую
удельную теплоемкость - 4,19 кДж/кг·°С, превосходящую все другие
известные охлаждающие жидкости. Существенным недостатком является
высокая температура замерзания (вода замерзает при температуре О °С со
значительным
увеличением
объема,
что
вызывает
разрушение
(размораживание) системы охлаждения при низких температурах.
Вода имеет сравнительно низкую температуру кипения, поэтому в системе
охлаждения современных двигателей поддерживают температуру 80...90 °С.
При эксплуатации двигателей в условиях жаркого климата, особенно в южных
районах страны, температура воды может достигать 95... 100 °С. Во избежание
больших потерь жидкости системы охлаждения двигателей герметизируют.
На пробке радиатора устанавливают клапан, который открывается только при
21
повышении давления в системе охлаждения. Это позволяет несколько
повысить температуру кипения воды и снизить ее потери от испарения.
Недостатком воды, как охлаждающей жидкости, является также
способность образовывать в системе накипь и шлам. Накипь образуется на
горячих стенках за счет выпадения солей из водного раствора. Под шламом
имеют ввиду илистые отложения минерального или органического
происхождения, скапливающиеся в застойных полостях рубашки охлаждения
двигателя и в нижнем бачке радиатора.
Образование накипи в системе охлаждения связано с выпадением из
водного раствора солей кальция и магния, которые вместе с частичками
примесей и продуктов коррозии «прикипают» к поверхностям нагретого
металла. Слой накипи имеет очень малую теплопроводность, т.е. ухудшает
теплоотвод. Одновременно уменьшается сечение трубок радиатора, что также
ведет к перегреву двигателя и как следствие - к увеличению расхода топлива .
Соли кальция и магния, находящиеся в растворенном состоянии, придают
воде свойства, которые получили название «жесткость».
Чем выше содержание в воде солей магния и кальция, тем больше ее
жесткость. За единицу жесткости принимают миллиграмм-эквивалент солей
на 1 л воды. Если жесткость воды равна 1 мг·экв/л, то это означает, что в 1 л
воды содержится 20,04 мг ионов кальция или 12,16 мг ионов магния.
Различают жесткость временную, постоянную и общую.
По степени пригодности для систем охлаждения двигателей природные
воды можно распределить в следующем порядке: атмосферная (дождевая,
снеговая) - мягкая; речная или озерная - мягкая или средняя; колодезная,
ключевая или морская - жесткая.
При температурах окружающего воздуха ниже 0 °С необходимо заливать в
жидкостные системы охлаждения вместо воды низкозамерзающие жидкости антифризы. В качестве антифризов можно использовать смеси воды со
спиртами, смеси воды с глицерином, смеси углеводородов и ряд других
веществ. Наибольшее распространение в качестве низкотемпературных
охлаждающих жидкостей получили водные растворы этиленгликоля. [30 с.
301 ]
Этиленгликолъ - двухатомный спирт, представляет собой прозрачную
бесцветную вязкую жидкость без запаха. Цвет технического этиленгликоля
слегка желтоватый. При небольшой температуре застывания чистого
этиленгликоля, его смеси с водой застывают при более низких температурах.
Меняя соотношение воды и этиленгликоля, можно получить смеси с
температурой застывания от 0 до минус 70°С .
Технический этиленгликоль и жидкости, в которых он содержится,
являются весьма токсичными.
Поскольку вода и этиленгликоль имеют разную плотность, а при их
смешении плотность изменяется пропорционально, определить температуру
застывания можно по изменению плотности.
В связи с тем, что этиленгликоль оказывает коррозионное действие на
металлы, в состав антифризов вводят антикоррозионные присадки. Для
предотвращения вспенивания в антифризы добавляют антипенные присадки.
22
При испарении водных растворов этиленгликоля выделяющиеся пары всегда
содержат значительно больше воды, чем этиленгликоля. В условиях
эксплуатации от испарения теряется практически только вода. При понижении
уровня охлаждающей жидкости (в случае отсутствия подтеканий) доливать
необходимо дистиллированную воду.
Этиленгликолевые жидкости имеют большой коэффициент объемного
расширения. При нагревании до рабочей температуры их объем увеличивается
на 6...8 %. При застывании этиленгликолевых антифризов объем
образующейся кашицеобразной массы увеличивается очень незначительно и
размораживания двигателя или радиатора не происходит.
Химическая промышленность выпускает несколько марок антифризов на базе
этиленгликоля .Первые низкозамерзающие охлаждающие жидкости антифризы марок 40 и 65. Жидкость марки 40 представляет собой смесь 53 %
этиленгликоля и 47% воды и имеет температуру замерзания не выше минус 40
°С. Жидкость марки 65 содержит 66 % этиленгликоля и 34% воды и имеет
температуру замерзания не выше минус 65 °С.
4.9. Организация рационального применения автомобильных
эксплуатационных материалов
1. Основные причины потерь бензина от испарения, при хранении,
перевозках и при эксплуатации автомобилей.
При доставке бензина с нефтеперерабатывающего завода до места
потребления наблюдаются значительные его потери. По данным
исследований, более 75% потерь бензинов связано с их испарением. [7. с. 19]
Потери от испарения наблюдаются при хранении, сливе, наливе, перевозках,
заправках и применении (из топливных баков автомобилей, из поплавковых
камер карбюраторов и др.). Помимо материальных потерь испарение бензина
23
часто сопровождается ухудшением некоторых эксплуатационных свойств и
приводит к загрязнению окружающей среды. Поэтому хорошо организованная
последовательная и систематическая борьба с потерями бензинов от
испарения на всех этапах транспортирования и хранения имеет большое
значение в масштабе всей страны.
При эксплуатации технически исправных сливо-наливных устройств и
транспортных средств основные потери бензинов от испарения происходят в
резервуарах. Причина потерь бензинов в резервуарах — вытеснение части
паровоздушной смеси из газового пространства. При обычных условиях
хранения бензина в резервуаре газовое пространство заполнено смесью
воздуха с парами бензина. При повышении температуры окружающей среды
(например, днем в солнечную погоду) бензин нагревается и паровоздушная
смесь расширяется. При этом возрастает давление, а чтобы предотвратить
разрушение резервуара, срабатывает клапан и часть паровоздушной смеси
уходит в атмосферу (так называемые «атмосферные» резервуары с
дыхательными клапанами). Вечером при охлаждении такого резервуара в
газовом пространстве образуется вакуум и через клапан в резервуар поступает
воздух. Поступивший воздух вновь насыщается испарившимися порциями
бензина. Такой своеобразный насос (всасывание воздуха, вытеснение смеси)
работает ежедневно в каждом резервуаре, вызывая потери бензинов от так
называемых «малых дыханий» резервуара.
В резервуаре, заполненном бензином, первые же порции бензина
интенсивно испаряются в газовое пространство и насыщают его парами. При
дальнейшем заполнении резервуара образовавшаяся паровоздушная смесь
вытесняется из газового пространства через клапан в атмосферу. Эти потери
принято называть потерями от «больших дыханий» резервуара.
Кроме основных указанных видов потерь бензинов от испарения отмечают
потери от «обратного выдоха», газового сифона и т.д.
Какие же пути можно наметить для сокращения потерь бензинов при
хранении?
1. Уменьшение газового пространства в резервуаре ведет к сокращению
потерь от малых дыханий. В полностью залитом резервуаре относительные
потери от испарения будут меньше, чем в частично заполненных резервуарах.
Уменьшение объема газового пространства достигается за счет применения
плавающих крыш, понтонов или плавающих экранов и т.д. При малых
дыханиях, выкачке и закачке бензина плавающая крыша в резервуаре
движется вслед за уровнем продукта, тем самым сводя до минимума объем
газового пространства, насыщенного парами.
2. Потери от испарения уменьшаются при сокращении амплитуды
колебания температуры газового пространства. Сюда относятся все
мероприятия, направленные на защиту резервуаров от нагревания солнечными
лучами, — затенение лиственными деревьями, окраска светлыми красками,
устройство различного рода экранов, охлаждение водой, заглубление и др.
3. Увеличение избыточного давления при хранении ведет к снижению
потерь от испарения. Однако этот путь не всегда можно использовать
вследствие необходимости резкого увеличения прочности резервуаров.
24
В последние годы для снижения потерь используют системы улавливания
паров нефтепродуктов путем специальной газовой обвязки группы
резервуаров и другие меры.
Для оценки склонности бензинов к потерям от испарения И. П.
Бударовым разработан лабораторный метод. Метод основан на определении
убыли массы бензина (в %) после продувки его воздухом при данной
температуре.
Исследование склонности к потерям от испарения опытных партий зимних
автомобильных бензинов показало, что потери при их хранении и
транспортировании в 1,5 раза больше потерь бензина летнего вида с
давлением насыщенных паров до 0,067 МПа. При подземном хранении потери
от испарения даже зимних бензинов чрезвычайно малы.
На потери бензинов при длительном хранении установлены нормы. Нормы
учитывают виды бензина, климатическую зону, условия и длительность
хранения.
Перечислим основные причины перерасхода топлива при эксплуатации
автомобиля:
Разрегулированная система питания. Повышение уровня из-за нечеткой
работы запорного клапана поплавковой камеры - типичная неисправность
карбюраторов "Озон" ("ВАЗовские" заднеприводные автомобили, старые
"Нивы", часть "Москвичей"). В этом случае у работающего на холостом ходу
двигателя малые диффузоры первичной и вторичной камеры будут мокрыми
из-за подтекания топлива (а должны быть сухими!). Грязный, забитый фильтр
- та же причина переобогащения смеси, что и не до конца открытая воздушная
заслонка.
У карбюраторов К-151, ("Волга", "Газель") нередко излишне завернут винт
упора дроссельной заслонки, что вызывает истечение топлива из переходных
отверстий, расположенных у кромки негерметично закрытой заслонки. Вторая
беда: плохо затянутый штуцер подвода топлива и разбухшие, растрескавшиеся
шланги бензопроводов. Здесь тоже порой теряется заметная часть горючего. И
на "Волгах", и на "Жигулях", и на переднеприводных ВАЗах не редкость прохудившаяся диафрагма ускорительного насоса. При каждом нажатии на
педаль акселератора бензин потихонечку выливается наружу, причем мотор
при этом работает совершенно нормально. Ослабление винта крепления
форсунки ускорительного насоса, как и ослабление затяжки винтов крепления
крышки карбюратора, встречается так же довольно часто.
Еще одна распространенная "мелочь" у карбюраторов "озон" и совсем
древних - "вебер". Проще говоря, "жигулевских". После прочистки и продувки
перепутаны жиклеры холостого хода и переходной системы, расположенные
снаружи с разных сторон карбюратора. Владелец не обратил внимания на
мелкую маркировку: "45" и "60", либо "50" и "60". Внешне и жиклеры, и их
держатели - один к одному. Отвернувшийся электроклапан карбюраторов
ДААЗ-2103, 2106 и 2107 - еще одна распространенная беда, заканчивающаяся
износом конической части жиклера и посадочного места в корпусе
карбюратора.
25
Это только наиболее типичные причины перерасхода топлива из-за
неисправности карбюраторов. Очень часто
машина расходует много
бензина по причине неверно установленного угла опережения зажигания. В
автомобилях с контактной системой зажигания каждые 5000 километров
нужно проверять зазор между контактами, смазывать войлочный фильц
кулачков и сам валик трамблера через масленку или специальное отверстие
сбоку. Подтерлась, подносилась пластмассовая пяточка подвижного контакта
- вот и уменьшение зазора, вот и "ушел" угол опережения. Разбило втулку
валика из-за недостатка смазки - налицо биение и асинхронизм (разнобой)
искрообразования по цилиндрам. Результат - лишние литры бензина,
улетающие в выхлопную трубу.
Позеленевшие, окислившиеся гнезда в крышке трамблера и такие же
наконечники высоковольтных проводов - причина перебоев и на переходных
режимах, и в движении, и с постоянной скоростью.
Неработающие (или плохо работающие) свечи зажигания - еще одна часто
встречающаяся неисправность. Кстати, при зазоре порядка 0,4 - 0,5 мм
надежного воспламенения смеси ждать не приходится. На практике владельцы
частенько ставят такой зазор "на глазок", будучи уверенными, что это норма.
Перейдем к другой причине повышенного расхода топлива - автомобиль
плохо катится. Очень часто к этому приводит низкое давление в шинах.
Неверно отрегулированное схождение резко ухудшает накат, приводя к
увеличению расхода горючего и к одностороннему износу шин. Касание
тормозных колодок с диском или барабаном может быть очень легким, но на
расходе топлива это сказывается моментально. Причина может крыться в
подклинивании поршенька рабочего тормозного цилиндра (особенно у
"пожилых" машин) или в заржавевшем тросике привода ручного тормоза.
4.10. Конструкционно-ремонтные материалы
1. Классификация пластмасс в зависимости от химической природы
полимеров.
Именно изменение химической структуры и молекулярных характеристик
полимерных макромолекул приводят к закономерному изменению свойств, в
числе
которых
межмолекулярное
взаимодействие,
растворимость,
термодинамическая и кинетическая гибкость макромолекул, способность
кристаллизоваться, поляризуемость и т. д.
Огромное число полимеров можно подразделить на три основных класса,
лежащих в основе принятой сейчас классификации [28. с. 18] .
К первому классу относится обширная группа карбоцепных полимеров,
макромолекулы которых имеют скелет, построенный из атомов углерода.
26
Типичными представителями полимеров этого класса можно назвать
полиэтилен,
полипропилен,
полиизобутилен,
полиметилметакрилат,
поливиниловый спирт и множество других. Фрагмент макромолекулы первого
из них имеет следующее строение:
[-СН2-СН2-]n.
Ко второму классу относится не менее обширная группа гетероцепных
полимеров, макромолекулы которых в основной цепи помимо атомов
углерода содержат гетероатомы (например, кислород, азот, серу и др.). К
полимерам этого класса относятся многочисленные простые и сложные
полиэфиры, полиамиды, полиуретаны, природные белки и т.д., а также
большая группа элементоорганических полимеров: полиэтиленоксид (простой
полиэфир);
полиэтилентерефталат
(сложный
полиэфир)
полиамид;
полидиметилсилоксан.
Третий класс полимеров - высокомолекулярные соединения с сопряженной
системой связей. К ним относятся различные полиацетилены, полифенилены,
полиоксадиазолы и многие другие соединения. Примерами таких полимеров
могут служить: полиацетилен; полифенилен; полиоксадиазол.
К этому же классу относится интересная группа хелатных полимеров, в
состав которых входят различные элементы, способные к образованию
координационных связей (они обычно обозначаются стрелками).
Элементарное звено таких полимеров часто имеет сложное строение.
Среди
многочисленных
полимерных
материалов
наибольшее
практическое применение пока находят материалы на основе представителей
первого класса полимеров - карбоцепных высокомолекулярных соединений.
Из карбоцепных полимеров можно получить ценнейшие материалы синтетические каучуки, пластмассы, волокна, пленки и т.д., и исторически
именно эти полимеры нашли первое практическое применение (получение
фенолоформальдегидных смол, синтетического каучука, органического стекла
и др.). Многие из карбоцепных полимеров стали впоследствии классическими
объектами для исследования и создания теории механического поведения
полимерных тел (например, полиизобутилен, полиметилметакрилат,
полипропилен, фенолоформальдегидная смола и т.д.).
По способности к вторичной переработке полимеры подразделяются на
термопласты и реактопласты. [26. с.131]
Рассмотрим первые подробнее. К термопластичным материалам или
термопластам (thermoplast, thermoplastic) относятся полимеры, которые при
нагревании в процессе переработки переходят из твердого агрегатного
состояния в жидкое: высокоэластическое или вязкотекучее (литьевые
термопласты переходят в вязкотекучее состояние). При охлаждении
материала происходит обратный переход в твердое состояние. Поведение при
нагревании отличает термопласты от термореактивных материалов или
реактопластов (thermoset), которые отверждаются при переработке и не
способны далее переходить в жидкое агрегатное состояние.
27
Список литературы
1.ГОСТ Р 51858-2002 Нефть. Общие технические условия.
2. ГОСТ СССР 28549.0-90 Смазочные материалы, индустриальные масла и
родственные продукты
3. ГОСТ СССР 28576-90. Нефтепродукты и смазочные материалы Общая
классификация
4.ГОСТ 27577-2000 «Газ природный топливный компримированный для
двигателей внутреннего сгорания. Технические условия», утвержден
Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по
стандартизации и метрологии от 25 января 2001 г. № 32-ст.
28
5.Баженова О.К. Геология и геохимия нефти и газа: Учебник / О.К. Баженова,
Ю.К. Буклин, Б.А. Соколов, В.Е. Хаин; Под ред. Б.А. Соколова. – 2-е изд.,
перераб. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 415 с., илл.
6.Верисичинская С.В., Дигурцов Н.Г., Синицин С.А. Химия и технология
нефти и газа. Учеб. пособие. – М.: Форум: ИНФРА-М, 2007
7.Емельянов В. Е. Все о топливе. Автомобильный бензин. Свойства,
ассортимент, применение/ М, 2003
8.Зарубежные масла, смазки и специальные жидкости. Международный
справочник. Вып. 2. – М.: Издательский центр "Техинформ" МАИ, 1998. – 128
с.
9.Зоря Е.И., Зенин В.И., Никитин О.В., Прохоров А.Д. Ресурсосберегающий
сервис нефтепродуктообеспечения. – М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ
нефти и газа им И.М. Губкина, 2004. – 448 с.
10. Иванова О.А. Нефтяное товароведение. Ч.1 Учеб. пособие: Сургут: Изд-во
СурГУ, 2001
11. Иванова Ю.В. , Кузьмина Р.И., Кожемякин И.В. Химия нефти: Учеб.
пособие. Часть I. Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 2006
12.Кириченко Н.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы :Учеб.
пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / Нина Борисовна
Кириченко. — 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. —
208 с.
13.Крыжановский В.К., Бурлов В.В., Паниматченко А.Д., Крыжановская Ю.В.
2-е изд. – СПб: Профессия, 2005. 280 с.
14.Манусаджянц О.И., Смаль Ф.В. Автомобильные эксплуатационные
материалы. – М.: Транспорт, 1989.-271с.
15. Мановян А. К. Технология переработки природных энергоносителей.– М.:
Химия, КолосС, 2004. – 456 с.
16.Моторные масла. Р. Балтенас, А.С. Сафонов, А.И. Ушаков, В. Шергалис,
Москва – СПб.: Альфа-Лаб, 2000.-272с.
17. Николаева М. А. Теоретические основы товароведения: учеб. для вузов
/М. А. Николаева. – М. : Норма, 2007. – 448 с.
18.Обельницкий А.М., Егорушкин Е.А., Чернявский Ю.Н. Топливо, смазочные
материалы и охлаждающие жидкости. – М.: ИПО "Полигран", 1995. – 272 с.
19. Основы нефтегазодобычи: учебное пособие / В.Г. Крец, Г.В. Лене; под ред.
канд. геол.-минер. наук Г.М. Волощука. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2000. –
220 с.
20. Проскуряков В.А., Драбкина А.Е. Химия нефти и газа: Учебное пособие
для вузов – 2-е изд., перераб. – Л.: Химия, 1989. – 424с
21.Рахманкулов Д.Л., Л.В. Долматов, П.Л. Ольков, А.Х. Аглиуллин
Товароведение нефтяных продуктов. В 8-ми томах. Том 1. Общие сведения о
нефти и нефтепродуктах. – М.: Химия, 2003.-160с.
22.Рудин М.Г., Сомов В.Е., Фомин А.С. Карманный справочник
нефтепереработчика. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2004.- 336с.
23.Стребков С.В., Стрельцов В.В. Применение топлива, смазочных
материалов и технических жидкостей в агропромышленном комплексе.
Учебное пособие. – Белгород: Белгородская ГСХА, 1999. – 404 с.
29
24. Суханов В.П. Переработка нефти: Учебник для средних проф.- техн. учеб.
заведений.3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 2009. – 335с., ил. –
(Профтехобразование. Нефт. и газовая пром-сть).
25.Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и
газа: Учеб. пособие / Под ред. С.А. Ахметова. – М.: Химия, 2005
26.Технические свойства полимерных материалов: Учебн.-справ. Пособие,
Технология пластических масс / Под ред. В.В. Коршака. - М.: Химия, 1985.
560 с.
27.Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и
применение: справочник / Под. ред. В.М. Школьникова. – М.: Издат. центр
«Техинформ», 1999.-596с.
28.Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров (1989), Шур А.М.
Высокомолекулярные соединения (1981) и др.
29.Цагарели Д. В., Зоря Е. И., Багдасаров Л. Н. Сохранность нефтепродуктов.
— М.: ГУП Издательство «Нефть и газ», 2002. - 384 с.
30. Школьников В.М. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости.
Ассортимент и применение: Справочник. Изд. 2-е перераб. и доп. – М.:
Издательский центр «Техинформ», 1999. – 596с.: ил.
31. Сафонов А. С., Ушаков А. И., Чечкенев И. В. Автомобильные топлива:
Химмотология.
32.Эксплуатационные свойства. Ассортимент. — СПб.: Издательство
«НПИКЦ», 2002. — 264 с.
30