книги из ГПНТБ / Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие
.pdfприкосновении с открытым огнем. Во избежание взрывов необходимо хорошо вентилировать все помещения, где может скапливаться пыль.
§ 7. Условное топливо
Различные виды топлив при полном сгорании единицы массы вещества выделяют разное количество тепла, по этому 1 т торфа не равноценна 1 т каменного угля, а тем более бензина. Чтобы сравнивать тепловую ценность раз личных видов топлив, введено понятие условного топлива. За единицу условного топлива для жидких и твердых ви дов топлив принят донецкий коксовый уголь, при полном сгорании дающий 7000 ккал/кг тепла, а для газообразных топлив газ, выделяющий 7000 ккал/м3. Для перевода лю бого топлива в условное нужно количество тепла, выде ляемого 1 кг топлива, разделить на 7000. Частное от деле ния называется эквивалентом, который показывает, во сколько раз теплота сгорания данного топлива меньше или больше условного. Например, если топливо при сго рании выделяет 3500 ккал/кг, то оно по своей тепловой ценности соответствует 3500/7000=0,5 условного.
Понятием условного топлива приходится пользоваться при составлении годовых заявок на топливо, подсчетах израсходованных количеств тепла, определении запасов
|
|
|
Т а б л и ц а 24 |
|
Наименование топлива |
Марка |
еРщз. ккал/кг |
Экви |
|
или сорт |
валент |
|||
Условное топливо |
(Д |
7 000 |
|
1 ,0 0 |
Донецкий каменный уголь |
5 780 |
|
0,83 |
|
|
к |
7 005 |
|
1 ,0 0 |
Донецкий антрацит |
\т |
7 220 |
|
1,03 |
/АП |
7 230 |
|
1,03 |
|
Подмосковный бурый уголь |
/ АРШ |
6 620 |
|
0,95 |
/к |
3405 |
|
0,49 |
|
Торф |
\РМ |
2 720 |
|
0,39 |
|
3 210 |
|
0,46 |
|
Дрова |
— |
3 005 |
|
0,43 |
Бензин |
— |
10 500 |
|
1,50 |
Дизельное топливо |
— |
10 200 |
|
1,45 |
Спирт 95° |
— |
6 014 |
ккал/м3 |
0 ,8 6 |
Светильный газ |
— |
4 300 |
0,63 |
|
Природный газ |
— |
8 900 |
» |
1,27 |
190
и других работах. Значения эквивалентов для некоторых видов жидких, твердых и газообразных топлив приведены в таблице 24.
ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ ДЛИ ПОВТОРЕНИЯ
|
Задача № 1 |
|
|
Состав |
горючей массы |
топлива: Сг = 84%; Нг = |
4,5%; |
Ог = 9,9%; |
Sr = 1,5%; Nr = |
0,1%. Содержание золы А с |
= 6,9%, |
воды W BH = 7,0% и И’л = 5,5%. Кокс спекающийся, сплавленный. Определить название топлива, возможность использования.
Подсчитать <2дИЗ и определить, сколько требуется воздуха для сжи гания 1 кг топлива?
Ре ше н и е
1.Определяем Wp
И» - И " + ^ |
^ |
= 7.0+ |
|
|
r ..% |
||
2. |
Подсчитываем |
количество золы на рабочую массу ,4Р |
|||||
|
|
Ар = А с (100—Wp) |
6,9 (100—12,11) |
6,06%. |
|||
|
|
100 |
100 |
|
|
|
|
3. |
Пересчитываем |
состав |
топлива па |
рабочую |
массу |
||
с „ |
Сг (100— |
— Лр) |
84(100-12,И -6,06) _ к ,|7. |
||||
|
|
100 |
|
100 |
|
|
|
Аналогично определяем |
и другие |
элементы: |
И1' = 3,68%, |
||||
Ор = 8 ,Ю%, Sp = 1,23% и Np = 0,08%. |
|
|
|
||||
4. |
Определяем <?риз: |
|
|
|
|
||
|
|
(?риз = 81C р + 246Нр— 26 (Ор— Sp) —6 И + |
|||||
(?низ = |
81 х 68-74 + |
246 х |
3 ’68 — 26 (8 >10 ~ |
1)23) — 6.12.11 = |
|||
=6211,0 ккал/кг.
5.Определяем расчетное количество воздуха:
= 2,67CP + 8H P + SP—Ор_
^тсор |
23,2 |
: К Г / К Г , |
|
||
2,67 х 68,74 + 8 X6,38+1,23- - 8,10 |
-8,88 кг/кг. |
|
^теор = |
23,2 |
|
Уголь коксующийся, марки К |
|
|
<2рИз = 62Н |
ккал/кг, Атеор= 8 ,88 |
кг/кг. |
191
|
|
Задача № 2 |
|
Торф состава |
W р = |
42%, Ср = 32%, Нр = 3,8%; А р = |
1,2%, |
Ор =21% высох до W v |
= 23%. |
сушит1 |
|
Определить, |
как изменилась теплота сгорания после |
||
Ре ш е н и е
1.Определяем <?риз сырого торфа (ТЕР =42%)
|
^низ = 81 Ср+ 246 |
Нр—26 (Ор— Sp) — |
QP |
= 81 •32 + 246 • 3 ,8 — 26 (21—0) —6-42 = 2728,8 ккал/кг. |
|
2. |
Определяем состав |
подсушенного торфа (W v = 23%). |
Если изменилась влага, то изменился и состав. Составляем пропорцию для определения углерода
Ср -----100—1ЕР |
,, 32 (100— 23) |
42,46%. |
||
Ср' -----100— W p' |
“ |
100—42 |
||
|
||||
Аналогично |
|
|
|
|
Нр' = |
3,8(100 — 23) |
5,04%, |
|
|
|
100—42 |
|
|
|
Ор' = |
21 (100—23) |
27,91%. |
|
|
|
100—42 |
|
|
|
3. Определяем теплоту сгорания торфа после сушки:
QP'H3 = 81 х42,46 + 246 X5,04—26 (27,91 — 0) —6 х 23 = 3815,3 ккал/кг.
4. Теплота сгорания увеличилась на 1086,5 ккал/кг.
Lопросы для повторения
1. Что называется рабочей влагой и как она определяется?
2.Повторите формулы пересчета данных лабораторного анализа на сухую, горючую п рабочую массы топлива.
3.Чем отличается горючая масса от рабочей?
4.Дайте характеристику компонентов твердых топлив.
5.Состав, свойства, использование ископаемых углей.
6 . Состав, свойства п использование горючих сланцев. 7. Использование торфа, его состав и свойства.
8 . Тепловая ценность отходов сельскохозяйственного производ ства.
9.В чем сущность сухой перегонки твердого топлива?
10.С какой целью ведется процесс коксования и полукоксования каменных углей?
И. В чем сущность холодного п горячего брикетирования?
12.Что такое пылевидное топливо, его получение, использование?
Г л а в а Vi!
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ
§ 1, Назначение смазочных материалов
Величественная программа строительства коммунизма, принятая XXIV съездом КПСС, предусматривает постоян ный технический прогресс во всех отраслях народного хозяйства. Сельское хозяйство во все больших количест вах оснащается машинами, работающими на повышенных скоростях, под большими нагрузками, с высокой тепловой напряженностью. Повышается долговечность и технико экономическая эффективность не только постоянно соз даваемых новых образцов, по и существующих машин. Современные, особенно перспективные, машины очень требовательны к качеству применяемых смазочных .мате риалов. Проблема борьбы с трением и износом различных деталей машин и механизмов — одна из наиболее важных задач современной техники. От успешного изучения и ре шения этой проблемы зависят надежность, эффективность и долговечность работы тракторов, комбайнов, автомоби лей, дорожных и других машин.
Износ трущихся деталей машин зависит от многих фак торов, которые можно объединить в три группы:
1) материал и технология изготовления трущихся пар (физико-химические свойства металлов и других материа лов, чистота их обработки, геометрическая форма, вели чина зазоров и многое другое);
2) условия эксплуатации трущихся пар: температура, скорость, давление, агрессивность или запыленность ок
ружающей среды и т. д.; 3) соответствие и качество применяемых смазочных ма
териалов.
Если при проектировании и создании новой машины первые две группы играют очень важную роль, то в ре альных условиях эксплуатации машин износ трущихся пар в значительной степени зависит от правильного под бора и качества смазочных материалов.
Основное назначение смазочных материалов, исполь зуемых в различных машинах и механизмах,— уменьше-
7 Н. И. Итикская |
193 |
ние износа трущихся деталей и снижение затрат энергии на преодоление трения. Кроме этих функций, смазочные материалы в зависимости от условий их применения вы полняют и другие: отводят тепло, предохраняют детали от коррозии, очищают поверхности трения от продук тов износа и других примесей, герметизируют узлы трения.
В зависимости от условий работы трущейся пары под бирают смазочный материал, а так как эти условия очень разнообразны, то выпускается громадный ассортимент смазочных масел и смазок. Не только для разных, но даже для одной машины часто требуются различные сорта сма зочных материалов. Можно сказать, что правильно подоб ранным смазочным маслом можно добиться наилучших результатов ценой наименьших затрат.
В сельскохозяйственном производстве за последние годы все шире применяется зимняя эксплуатация тракто ров и других машин, что еще больше расширяет ассорти мент смазочных материалов, так как для зимних условий
требуются масла с хорошими вязкостными и низкотемпе ратурными свойствами.
Кроме масел и смазок, предназначенных для тракторов, комбайнов, автомобилей и других машин, снабженных двигателями внутреннего сгорания, в сельскохозяйствен ном производстве широко применяются различные ин дустриальные, трансмиссионные, трансформаторные, ком прессорные и другие масла. Из всех смазочных материалов наиболее широко используются моторные масла, ежегод ный расход которых только в сельском хозяйстве состав ляет более 1,5 млн. т. Чтобы рационально использовать такое громадное количество масел, т. е. снижать их расход и увеличивать долговечность машин, нужно знать физи ко-химические свойства масел и эксплуатационные тре бования, предъявляемые к их качеству, сорта и марки масел, наиболее часто используемые в сельскохозяйствен
ном производстве, и то влияние, которое оказывает ка чество масла на работу машины.
Итак, одно из основных назначений смазочного мас ла - уменьшение трения между трущимися поверхнос тями. 1 рение — это сопротивление перемещению одной поверхности относительно другой. Чтобы сообщить покоя щемуся телу движение, нужно приложить усилие, всегда Оолынее, чем для поддержания этого движения. Как из вестно, при движении возникает трение скольжения или
194
качения. Трение скольжения И1геет место при поступа тельном движении одной поверхности по другой или при вращении одной детали внутри другой. Трение скольже
ния может быть: сухое, жидкостное, граничное и полужидкостное.
Трение качения возникает в тех случаях, когда одно тело перекатывается по поверхности другого (перекаты вание колеса, шариковые и роликовые подшипники), здесь контакт может быть только точечным или линейным. Сила трения качения значительно меньше трения скольжения,
поэтому там, где это возможно, стремятся заменить сколь жение качением.
На практике часто наблюдаются |
оба вида |
трения. |
В двигателях внутреннего сгорания |
преобладает |
трение |
скольжения: перемещение поршня в цилиндре двигателя, вращение коленчатого вала в коренных и шатунных под шипниках и т. п. В таблице 25 приведены примерные зна чения коэффициентов трения.
|
Т а б л и ц а 25 |
Трение |
Коэффициент трения |
Сухое |
0 ,1 5 —0 ,9 (иногда > 1) |
|
Граничное |
0 ,0 8 |
—0,15 |
Жидкостное |
0,007 |
—0,03 |
Качения-шариковые подшипники |
0,001 |
—0,003 |
Качения-роликовые подшипники |
0,002 |
—0,007 |
Хороший смазочный материал должен обладать спо собностью заполнять все микровпадины, имеющиеся на трущихся поверхностях. Это обеспечивается маслами, не которыми пластичными смазками и микрокристалличес кими порошками (графит, дисульфид молибдена). Необ ходимо, чтобы смазочный материал оказывал возможно большее сопротивление сдвигу в направлении, нормаль ном к трущимся поверхностям, и возможно меньшее в ка сательном направлении.
Данное требование обеспечивается органическими сое динениями, в составе которых находятся поверхностноактивные вещества, способные образовывать скользящие слои, а также графит и дисульфид молибдена.
7 |
195 |
§ 2. Жидкостное трение
Жидкостное трение обеспечивается, если смазываю щая жидкость полностью разделяет трущиеся поверхности, т. е. трение между твердыми телами заменяется трением между частицами (молекулами) жидкости. Жидкостное трение наиболее благоприятно для работы трущейся пары, так как при этом в 10—15 раз снижаются затраты мощ ности на преодоление трения, резко уменьшаются износ
инагрев деталей, узел трения выдерживает более высокие нагрузки. Работа узла трения, а следовательно, и машины в целом становится не только более продолжительной, но
иболее надежной. Поэтому при проектировании и созда нии машин, а также при их эксплуатации необходимо стре
миться обеспечивать жидкостный режим работы трущейся пары.
Возможность образования жидкостной смазки в узлах
трения |
доказал и объяснил известный русский |
ученый |
Н. П. |
Петров (1836—1920 гг.). Профессор 11. П. |
Петров |
доказал, что масляные слои имеют разные скорости (рис. 41). Частицы масла, находящиеся около движущейся по верхности А, имеют максимальную скорость (нП1ах), а час тицы масла, расположенные около неподвижной поверх ности В, остаются неподвижными (н=0). Остальные слои масла между поверхностями А и В будут двигаться со скоростями, меньшими, чем ктах. Закон распределения скоростей слоев масла показан на рисунке 42.
Экспериментально установив, что при определенной скорости вращения вала в подшипнике трущиеся детали полностью разделяются масляным слоем, который пре пятствует контакту металла, II. П. Петров на большом количестве опытов доказал, что масла, находящиеся в подшипнике, подчиняются законам гидравлики. Впервые работы профессора Петрова были опубликованы в 1883 г.,
|
а разработанная им тео- |
||
Чпах |
рия жидкостной смазки |
||
была названа |
гидроди |
||
|
|||
|
намической |
теорией |
|
|
смазки. |
|
|
V=0 |
В дальнейшем гидро |
||
динамическая |
теория |
||
|
|||
Рис. 41. Схема распределения ско- |
смазки была |
не только |
|
Р ><'теп слоев масла при жидкостном |
подтверждена, |
но и раз |
|
трении. |
вита работами Н. Е. Жу- |
||
196
конского, С. Л |
Чаплыгина, |
,м- |
Переход к граничному |
||||
О. Рейнольдса, Л. Зоммер- |
трению изаеданию |
||||||
фельда, II. II. Мерцалова, |
|
|
|||||
А. К. Дьячкова и др. Эти |
|
|
|||||
работы имеют исключительно |
|
|
|||||
большое значение в развитии |
|
|
|||||
техники, так как на них бази |
|
|
|||||
руются расчеты |
условий воз |
|
|
||||
можности |
жидкостного |
тре |
|
|
|||
ния. |
К настоящему времени |
|
|
||||
гидродинамическая |
теория |
Рис. 42. Зависимость коэффи |
|||||
смазки разбилась на |
ряд са |
||||||
мостоятельных разделов, ко- |
циента жидкостного трения от |
||||||
режима работы подшипника: |
|||||||
торые |
изучают |
возможности |
1/ — опытная кривая; г — линия |
||||
использования |
в |
качестве |
|
Петрова. |
|||
смазочных |
материалов |
воз |
|
|
|||
духа, |
инертных газов, воды, пластично-вязких материалов |
||||||
и др. В данном руководстве рассматривается только жид костная смазка, осуществляемая смазочными маслами.
Взяв за основу известный закон Ньютона — внутрен нее трение жидкости — и основываясь на своих опытах, профессор Н. П. Петров выразил математическую зави симость и предложил для практического пользования фор мулу определения силы жидкостного трения:
(45)
где ц — абсолютная вязкость масла;
S — площадь поверхностей трения;
v — скорость перемещения трущихся поверхностей; h — толщина масляного слоя.
Как видно из формулы (45), при жидкостной смазке сила трения (сила жидкостного сопротивления сдвигу) в подшипнике зависит только от вязкости масла, мате риал и технология обработки вала и подшипников в рас чете не участвуют. При жидкостном трении сила сопро тивления сдвигу будет тем больше, чем выше вязкость масла, скорость движения трущихся деталей и их площадь.
Коэффициент р жидкостного трения равен частному от деления силы трения на силу нормального давления, т. е.
F |
(46) |
|
197
Подставляя в формулу (46) значение силы трения F, получим;
riSy Т]У
:/7^
Отношение |
есть удельное давление рт, тогда в окон |
чательном виде будем иметь; |
|
р = f\V |
(47) |
По этой упрощенной формуле II. П. Петрова коэффи циент жидкостного трения прямо пропорционален абсо лютной вязкости масла, относительной скорости переме щения трущихся поверхностей и обратно пропорциона лен толщине смазочного слоя и удельному давлению.
Умножив обе части равенства (47) на величину h, по лучим
^ |
= 7Г- |
(48) |
|
* 771 |
|
Безразмерная величина |
называется характеристи- |
|
|
Рт |
|
кой режима жидкостного трения; в нее входят основные параметры, определяющие режим трения (вязкость масла, скорость, удельная нагрузка). Характеристика режима
трения в подшипнике скольжения будет равна ^ (для
Р 771
подшипника v—2я гп, где г — радиус вала, а п — часто
та |
вращения вала в единицу времени, следовательно |
\vh = |
2 л г — ) . |
|
Р т ) |
Гидродинамическая теория жидкостного трения дает линейную зависимость коэффициента жидкостного трения
от режима трения подшипника ( |
эта зависимость по- |
\ |
Р т ) |
казана на рисунке 42. Однако экспериментальные данные имеют отступление от линейной зависимости, на том же рисунке выше линии Петрова 2 показана кривая 1 пост роенная по опытным данным [13]. По экспериментальной кривой можно проследить изменение режимов смазки в радиальном подшипнике. Если идти от высоких скоростей и малых нагрузок (от правого конца кривой), то видно что теоретические значения коэффициента трения ц почти
198
совпадают с опытными данными. По мере уменьшения —
Рт
опытная кривая все больше поднимается над линией Пет рова. Такое отклонение объясняется тем, что толщина масляного слоя /гср делается все меньше но сравнению с радиальным зазором. Опытная кривая имеет минимум С, разделяющий экспериментальную кривую на две ветви. Правая часть соответствует самоустанавливающимся ре жимам жидкостного трения. В левой части толщина сма зочного слоя становится настолько малой, что имеющиеся неровности на поверхностях трения начинают соприка саться своими выступами и цепляться друг за друга. Это приводит к быстрому возрастанию коэффициента трения.
Дальнейшее уменьшение значения |
приводит в кои- |
|
Рт |
такт большую часть поверхностей трения, и наступает заклинивание. В области вблизи минимума кривой и влево от нее будет наблюдаться смазка в тонком слое (смешанное трение — полужидкостное, граничное и, наконец, сухое, вызывающее заедание). Отсюда видно, что нормальная ра бота подшипника имеет место в правой ветви кривой, точка С соответствует критическому значению зазора hMmiКр= б1+ б 2, где 6j и 62 — максимальные значения не ровностей (выступов), имеющихся на трущихся поверх ностях. Для обеспечения жидкостного трения минималь ная толщина смазочного слоя /тмин^ 1,5 (61-(-ба). Следо вательно, чем выше чистота обработки, тем меньше может быть толщина смазочного слоя, обеспечивающая жидкост ное трение.
Образование масляного слоя между трущимися по верхностями при заданной нагрузке зависит от скорости их перемещения и вязкости масла. Схема образования масляного слоя в трущейся паре вал—вкладыш подшип ника показана на рисунке 43. В состоянии покоя (рис. 43, а) вал оттирается на вкладыш, между валом и подшип ником имеется только тончайшая масляная пленка, зазор
вместе соприкосновения пары практически равен нулю,
амасло находится в серповидных зазорах по обе стороны
вала.
Когда вал начинает вращаться (рис. 43, б), частицы масла приводятся в движение. Слои масла, находящиеся на поверхности, движутся со скоростью вала и увлекают за собой следующие слои. В узкую серповидную часть (по ходу вращения вала) нагнетается все большее коли-
199