Дипломы-2 / ВЗД-172 / Документы / Производство / ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ВТСНТ – 2013

высотой до 2 200 мм для очистки бурового раствора с целью предотвращения отстоя

вемкости.

Взависимости от вида редуктора перемешиватели делятся на два больших типа [1]: с червячным редуктором, рис. 1, а; и редуктором с промежуточными телами качения (ПТК), рис. 1, б. Перемешиватели бурового раствора на основе редукторов с ПТК более компактны, обладают значительно меньшей массой (вместо 450 кг, составляет 250 кг) и, при одинаковых выходных параметрах (частота вращения крыльчатки и выходной крутящий момент), потребляют меньшее количество электроэнергии. Мощность перемешивателя бурового раствора на основе редуктора с ПТК снижена до 5,5 кВт по сравнению с 7,5 кВт, необходимыми для работы перемешивателя на основе червячного редуктора. Диаметр крыльчатки и частота её вращение в обоих случаях остаются одинаковыми. Кроме этого перемешиватели на основе редуктора с ПТК способны кратковременно выдерживать нагрузки, пятикратно превышающие номинальные.

а б

Рис. 1. Перемешиватели бурового раствора: а) на основе червячного редуктора; б) на основе редуктора с ПТК

Несмотря на очевидные преимущества перемешивателей бурового раствора на основе редуктора с ПТК, применяемая на сегодняшний день конструкция редуктора[2], не лишена недостатков: трение тел качения о стенки сепаратора, и, как следствие, снижение коэффициента полезного действия и ресурса работы передачи.

Для решения данной проблемы предлагается схема соосного редуктора с ПТК, рис. 2, выполненного на основе передачи, рассмотренной в работе [3]. В предлагаемой схеме сепаратор не несет нагрузки, а применяется только для удержания тел качения на заданном расстоянии. Кроме этого пространственное исполнение редуктора позволяет уменьшить осевые размеры в сравнении с устанавливаемым на данный момент редуктором с ПТК.

209

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

Рис. 2. 2K-H передача на основе зацепления посредством третьего тела

Список литературы

1.Перемешиватели бурового раствора // [Электронный ресурс]. URL: http://ungmk.ru (дата обращения 16.03.2013).

2.Мотор-редуктор с погружным распылителем: Пат. 87927; Заявлено 05.03.2009; Опубл. 27.10.2009, Бюл. № 30.

3.Черемнов А.В., Ан И-Кан, Ивкина О.П. Синтез пространственной передачи с промежуточными телами качения с улучшенными качественными характеристиками // Известия Томского политехнического университета. - 2012 - Т. 321, - № 2 - С. 26 – 30.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА БЕНЗИНА

М.А. Камзина, магистрант гр. МТП 21-12-01, К.М. Бейсенбай, магистрант гр.

МТП 21-12-01

Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов 1

Телефон: (347) – 2420370 Е-mail: kamzina_mika@mail.ru

Современные автомобильные бензины готовят смешением компонентов, получаемых путем прямой перегонки, каталитического риформинга и каталитического крекинга, изомеризации, алкилирования и других процессов переработки нефти и газа.

Качество компонентов, используемых для приготовления различных марок товарных автомобильных бензинов, существенно различается и зависит от

210

ВТСНТ – 2013

технологических возможностей предприятия. Товарные бензины одной и той же марки, но выработанные на различных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), имеют неодинаковый компонентный и фракционный составы, что связано с различием технологических процессов и перерабатываемого на них сырья на каждом конкретном нефтеперерабатывающем предприятии.

Сегодня в России выпускается четыре марки автомобильного бензина: «Нормаль-80», «Регуляр-92», «Премиум-95» и «Супер-98». Их производство регулируется тремя ГОСТами: ГОСТ 2084-77, ГОСТ Р 51105-97 и ГОСТ Р 518662002.

Современные марки автомобильных бензинов были введены в целях повышения конкурентоспособности российского бензина на мировом рынке. ГОСТ Р 51105-97, который начал действовать с 01.01.1999 г., вводил требования к бензинам марок «Нормаль-80» и «Регуляр-92», а ГОСТ Р 51866-2002, введенный в

действие с 01.07.2002 г., – к маркам «Премиум-95» и «Супер-98». Их потребительские свойства определяются октановым числом, присутствующим в названиях марок (таблица 1).

Основной объем производимого сегодня в стране автомобильного бензина приходится на марку «Регуляр-92» – 67,3%. Бензина марки «Нормаль-80» производится 10,6%. Практически вся оставшаяся часть – это производство «Премиум-95» (21,3%). Бензина «Супер-98» в РФ выпускается крайне мало – всего 0,8% от общего объема производства автомобильного бензина. Одним из факторов, сдерживающих выпуск высококачественных моторных топлив, является состояние автопарка. Наличие в нем легковых и грузовых автомобилей устаревших моделей, потребляющих низкосортное топливо (бензин марки А-76), вызывает необходимость его производства. Российские министерства принимают меры по улучшению ситуации.

Государство активно регулирует рынок автомобильного бензина, посредством контроля рыночных цен, изменения акцизных ставок и экспортных пошлин. На данный момент государственная политика РФ направлена на стимулирование нефтяных компаний к производству высококачественного бензина, то есть к модернизации производственных мощностей.

В 2008 г. постановлением Правительства РФ был утвержден Технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензинам, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту». Этим регламентом были утверждены обязательные требования к экологической безопасности различных типов топлива. Техническим регламентом вводились экологические классы бензина – класс 2,3,4,5 (соответствующие «Евро-

211

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

2,3,4,5») и устанавливалось предельно допустимое содержание вредных для окружающей среды и человека химических веществ[1].

Кроме того, Технический регламент устанавливал сроки перехода от использования топлива одного экологического класса к другому. Для автомобильных бензинов были утверждены следующие сроки: бензин экологического класса 2 мог производиться только до конца 2008 г., класса 3 – до конца 2009 г., класса 4 – до конца 2012 г.

Установленные Техническим регламентом временные рамки впоследствии переносились дважды. В первый раз – в 2009 г., когда сроки производства каждого экологического класса бензина были продлены на два года. Второй раз – в 2011 г. На данный момент производство бензинов экологического класса 2 разрешено до конца 2012 г., класса 3 – до конца 2014 г., класса 4 – до конца 2015 г. Применение автомобильного бензина экологического класса 5 пока не ограничено[2].

Переносы сроков введения действия экологических стандартов на бензин были связаны с недостаточной технологической оснащенностью российской нефтеперерабатывающей отрасли для производства бензина предписанных характеристик в указанные сроки. Кроме того, значительная часть российского автопарка использует типы топлива, не соответствующие экологическим стандартам, поэтому вопрос касался также и возможностей эксплуатации старой техники.

Основными технологическими процессами производства бензинов является каталитический риформинг и каталитический крекинг. Несмотря на ограничения по содержанию ароматических углеводородов, процесс каталитического риформинга по-прежнему остается определяющим процессом производства бензинов, так как он является основным источником высокооктановых компонентов, а также водорода для установок гидроочистки. Вследствие ужесточения норм на содержание серы в моторных топливах необходимо увеличение мощностей гидрообессеривания, что требует дополнительного водорода.

Снижение доли и роли бензина риформинга в производстве экологически чистых бензинов обусловлено не только ограничением содержания ароматических углеводородов, но и неудовлетворительным распределением октановых характеристик по фракциям катализата, в особенности до 100 °С.

Всвязи с этим процесс бензинового риформинга целесообразно и необходимо сочетать с процессами удаления бензола и изомеризации бензина С5 - 100 °С.

Внастоящее время алкилат становится важнейшим компонентом экологически чистых бензинов. Алкилат - идеальный компонент бензина, поскольку имеет высокие октановые числа по исследовательскому и моторному методам, низкое давление насыщенных паров, не содержит ароматических соединений олефинов и серы.

Алкилирование - это не только процесс повышения октановых характеристик бензина при снижении в нем ароматических углеводородов, но и процесс снижения его испаряемости. Высокое давление насыщенных паров фракций С4 – С5 исключает возможность увеличения их использования в товарном бензине, поэтому процесс алкилирования, позволяющий снижать давление насыщенных паров и одновременно увеличивать значение октанового числа продукта по моторному

212

ВТСНТ – 2013

методу, имеет исключительно важное значение для производства современных автомобильных бензинов.

Получение товарного бензина с высоким моторным октановым числом путем замены бензола и других ароматических углеводородов в бензине на алкилат позволяет в более мягких условиях осуществлять процесс каталитического риформинга. При снижении жесткости процесса каталитического риформинга увеличивается срок службы катализатора и период работы установки между его регенерациями, повышается выход катализата с пониженным содержанием ароматических углеводородов, улучшается качество получаемого водорода для установок гидроочистки.

Впоследние годы процесс каталитического крекинга был значительно усовершенствован, главным образом с целью увеличения селективности при конверсии исходного вторичного сырья в бензин (каталитические реакции основные, термические — минимальны).

На отечественных НПЗ эксплуатируются установки каталитического крекинга с лифт-реактором с предварительной гидроочистки исходного сырья — вакуумного газойля мощностью 2 млн т/год по сырью. Эти установки обеспечивают выход бензина более 50% на сырье, который имеет октановое число по моторному методу 80—82 ед. и по исследовательскому методу 90—93 ед.

Вцелом, технический прогресс в технологии каталитического крекинга позволяет существенно увеличить выход легких олефинов C3-С7 и вырабатывать меньше высококипящих фракций бензина, обогащенных ароматическими углеводородами.

Таким образом, если уже в настоящее время объем вырабатываемого в мире бензина каталитического крекинга практически сравнялся с суммарным объемом выработки бензинов риформинга и изомеризации, то в ближайшем будущем бензин каталитического крекинга плюс компоненты сопряженных с ним процессов (алкилирование, получение оксигенатов, полимербензинов и др.) будут лидировать

впроизводстве автомобильных бензинов на НПЗ в сравнении с процессами риформинга, требующими дополнительных ресурсов прямогонных бензинов и, соответственно, нефти[3].

Как показывает зарубежный опыт, использование и спиртовых компонентов

вавтомобильных бензинах является перспективным не только в плане сохранения нефтяных ресурсов, но и улучшения экологических свойств моторных топлив. Количество вводимых спиртов позволяет снизить на ту же величину концентрацию нежелательных ароматических углеводородов и содержание оксида углерода в отработавших газах автомобилей.

Качество автомобильных бензинов можно гарантировать только в случае строгого соблюдения технологии их производства, квалифицированного контроля качества и соответствия его техническим требованиям, а также соблюдения необходимых условий транспортирования и хранения.

Вперспективе качество автомобильных бензинов будет определяться изменением структуры НПЗ в сторону строительства установок вторичных процессов, в первую очередь алкилирование и изомеризации, что приведет к кардинальному изменению компонентного состава бензинов.

Мощный толчок повышению качества выпускаемых нефтепродуктов в РФ даст осуществление масштабного проекта по строительству современного нефтеперерабатывающего и нефтехимического комплекса в Нижнекамске

213

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

(Татарстан). Инвестиции в проект составят 130,3 млрд. руб. В финансировании участвует правительство РФ, что служит хорошим примером реализации принципов государственно-частного партнерства. Он обеспечит переработку 7 млн. т в год высокосернистой нефти, добываемой на месторождениях Татарстана, и выпуск продукции с высокой добавленной стоимостью. Так, моторные топлива будут соответствовать нормам «Евро-4» и «Евро-5», удовлетворяющим самые жесткие экологические требования.

Также при поддержке государства намечается строительство самого крупного в стране нефтеперерабатывающего завода в конечной точке строящегося нефтепровода Восточная Сибирь – Тихий океан (ВСТО). Его мощность составит 20 млн. т нефти в год, капитальные вложения оцениваются в 150–200 млрд. руб., глубина переработки нефти составит 93%, что соответствует достигнутому уровню на НПЗ США. Предполагается выпуск бензина и дизельного топлива стандартов «Евро-4» и «Евро-5». В перспективе государственно-частное партнерство должно найти широкое распространение и при модернизации действующих НПЗ. Это будет способствовать экспорту высококачественных нефтепродуктов при одновременном сокращении крайне невыгодного для страны экспорта сырой нефти[4].

Список литературы

1.Постановление Правительства Российской Федерации от 27 февраля 2008 г.

№118 утвержден Технический регламент "О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту" (с изменениями от 25 сентября, 30 декабря 2008 г., 21 апреля 2010 г., 7 сентября 2011 г.)

2.http://kortes.com

3.Кашин О.Н. Проблемы производства высококачественных бензинов и дизельных топлив / О.Н. Кашин, А.Д. Ермоленко, Т.Г. Фирсова, М.Г. Рудин// Нефтепереработка и нефтехимия. - 2005. - №5. - С.31-37.

4.http://21russia.ru/news

МОДЕРНИЗИРОВАННЫЙ СФЕРИЧЕСКИЙ ШАРНИР ГУКА СО СВОБОДНЫМ ТЕЛОМ

С.В. Каральников, студент группы В10300, В.В. Дюпин, студент группы В10300 Юргинский технологический институт (филиал)

Национального исследовательского Томского политехнического университета 652050, Кемеровская обл., г. Юрга, ул. Ленинградская,26, тел. (8-384-51) 5-09-06

E-mail: vvs.05@mail.ru

Карданная передача – конструкция, передающая крутящий моментмежду валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющими возможность взаимного углового перемещения.

Название передача получила от имени Джероламо Кардано, изобретателя и инженера из Италии, который первым описал вид передачи, положенной в основу карданного вала автомобиля. Однако вероятнее всего этот тип передачи впервые был применен гораздо раньше.

214

ВТСНТ – 2013

Карданная передача широко используется в различных областях человеческой деятельности, когда трудно обеспечить соосность вращающихся элементов.В трансмиссиях автомобилей карданные передачи применяются для передачи моментов между валами, оси которых не лежат на одной прямой и изменяют свое положение в пространстве. Также карданный механизм используется в травмобезопасной рулевой колонке для соединения рулевого вала и рулевого исполнительного механизма (рулевого редуктора или рулевой рейки) и в карданных переходниках для гаечных ключей (см. рис. 2 – 4).

Рис.1. Джероламо Кардано (24.09.1501 – 21.09.1576 гг.) –

итальянский математик, инженер, философ, медик и астролог.

Карданная передача состоит из трубы или сплошного прутка, с одной стороны которого приварена неподвижная вилка, с другой – шлицевая втулка с подвижной вилкой.

215

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

Шлицевое соединение служит для компенсации изменения длины карданного вала при работе подвески. При передаче большого крутящего момента, шлицевые соединения оказывают значительные сопротивления сдвигу. Поэтому, для обеспечения высокой плавности работы трансмиссии при ходах подвески на высокоскоростных, нагруженных большими крутящими моментами валах, вместо шлицевого соединения используются высокоскоростной подвижный шарнир равных угловых скоростей.

Шарниры карданных валов состоят из двух вилок, расположенных в перпендикулярных друг другу плоскостях, соединённых крестовиной с четырьмя игольчатыми подшипниками (см. рис. 5).

Эластичные подвески главной передачи и силового агрегата требуют наличия податливого соединения хотя бы на одном конце карданного вала. Для этой цели используют упругие дисковые резиновые муфты с осевым центрированием.

Рис. 5. Шарнир карданного вала

Упругие дисковые муфты способствуют так же смягчению крутящих колебаний и изоляции структурных шумов, возникающих в карданных передачах.

В общем случае, карданная передача состоит из карданных валов, карданных шарниров, промежуточных опор и соединительных устройств. Наиболее важной характеристикой карданного вала считается его балансировка. Карданный вал с точно сделанной центровкой дольше служит и более эффективно передает крутящий момент. Некачественно произведенная балансировка является причиной преждевременной поломки кардана, что может вызвать повреждения мостов или мотора транспортного средства.

Анализ схемы карданного шарнира показывает, что при постоянной угловой скорости ведущего вала ведомый вращается циклически: за один оборот дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. При этом с увеличением угла γ между валами неравномерность вращения интенсивно возрастает.

Для того чтобы карданная передача с шарнирами неравных угловых скоростей передавала синхронное вращение между валами соединенных агрегатов, она должна состоять из нескольких шарниров, взаимное расположение которых будет компенсировать неравномерную передачу вращения каждого шарнира. По этой причине минимальное количество шарниров должно быть равно 2.

Там, где требуется синхронность, как правило, используется не карданная передача, а Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) – более совершенная,

216

ВТСНТ – 2013

однако и более сложная конструкция того же назначения. Данный вид карданного соединения необходимо применять, если угол между соединенными элементами составляет 30 градусов и больше (вплоть до 70).

Один из существенных недостатков – несинхронность вращения валов (если один вал вращается равномерно, то другой – нет). Несинхронность увеличивается при увеличении угла между валами. Это исключает возможность применения карданной передачи во многих устройствах, например, в трансмиссии переднеприводных автомобилей. Отчасти этот недостаток может быть скомпенсирован использованием на одном валу парных шарниров, повернутых на четверть оборота друг относительно друга.

Вторым недостатком карданной передачи является ограничение угла передачи крутящего момента. Угол в шарнире & при эксплуатации составляет на грузовых автомобилях от 0 до 12 градусов, на легковых автомобилях в снаряженном состоянии составляет 0 – 4 градуса. Конструкция шарнира допускает передачу крутящего момента под углом до 35 градусов.

Рис. 6. Схемы и опытный образец усовершенствованной карданной передачи

При увеличении угла в карданном шарнире, снижается его срок службы и увеличивается неравномерность передачи крутящего момента. Нежелательны так же боковое смещение и не параллельность валов приводимых агрегатов.

В связи с этими недостатками мы решили усовершенствовать карданную передачу (шарнир Гука) (см. рис.6). В последующих работах представляется важным изучение влияния геометрических параметров сферического шарнира Гука на величину передаваемого крутящего момента.

ОЦЕНКА ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЯХ

А.Р.Кифятова, магистрант гр.ММК11-11-01, В.В.Кравцов, науч. рук., к.т.н., проф. Уфимский государственный нефтяной технический университет,

450064, г.Уфа, ул.Космонавтов, 1, тел. 8987-615-14-52

Е-mail: alina_kifyatova@mail.ru

Оценка внутренних напряжений в полимерных покрытиях под действием перепадов температур. Изменение внутренних термических напряжений в полимерных покрытиях при изменении температуры на величину Т за время может быть записано уравнением [1]:

217

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

где 1 и 2 – коэффициенты теплового расширения полимера и подложки соответственно;

где Еi – средний модуль упругости полимера в диапазоне рабочих температур ΔT;

α1 и α2 - средние коэффициенты теплового расширения покрытия и подложки соответственно;

Если охлаждение или нагрев покрытия производится очень медленно, т.е., то в покрытиях из линейных полимеров ( 1 - 2) Т = 3, а поэтому в,т = 0, как это следует из уравнения (1). В покрытиях из трехмерных полимеров внутренние напряжения в этом случае опишутся уравнением в.т = 2( 1- 2) ТЕ2. Так как модуль Е2 весьма мал, то и внутренние напряжения будут незначительны. Если охлаждение или нагрев ведется быстро, т. е. 0, то 2=0 и 3=0,а Ек=Е1 и уравнение (1) примет вид

где = 0,35…0,39

Уравнение (3) определяет предельные внутренние термические напряжения. Так как нагрев покрытий всегда идет с конечной скоростью, то действительные внутренние напряжения будут меньше предельных.

Из уравнения (3) видно, что влияние наполнителей на внутренние термические напряжения в покрытиях определяется изменением модуля упругости Е1, коэффициента Пуассона и коэффициента теплового расширения 1. Рост Е1 и снижение обусловливают увеличение, а уменьшение 1 – снижение термических внутренних напряжений. Так как при введении наполнителей коэффициент Пуассона может изменяться на 15…20 %, а модуль упругости и коэффициент теплового расширения – в несколько раз, то очевидно, что изменение внутренних напряжений в покрытиях при их наполнении определится интенсивностью изменения Е1 и 1. При этом определяются три случая влияния наполнителей на изменение внутренних термических напряжений:

1.Интенсивность снижения коэффициента линейного расширения 1 равна интенсивности роста Е1. Произведение Е1 не изменяется, следовательно, наполнитель практически не оказывает влияния на термические внутренние напряжения в покрытиях;

2.Интенсивность снижения 1 больше интенсивности роста Е1. Произведение 1Е1 и внутренние напряжения при наполнении покрытий уменьшаются. Этот случай характерен для больших высоконаполненных покрытий;

3.Интенсивность снижения 1 меньше интенсивности роста Е1. Произведение 1Е1 растет, и внутренние термические напряжения в покрытии при

218