- •Содержание
- •Введение
- •1 Место и роль химмотологии в экономике страны
- •1.1 Химмотология как прикладная наука
- •1.2 Вопросы для самопроверки
- •2 Методические основы химмотологии
- •2.1 Квалификационные методы испытаний горюче-смазочных материалов
- •2.2 Стендовые испытания топлив и масел
- •2.3 Эксплуатационные испытания горюче-смазочных материалов
- •2.4 Классификационные испытания моторных масел
- •2.5 Вопросы для самопроверки
- •3 Основы теории окисления жидких углеводородов
- •3.1 Общие закономерности окисления углеводородов
- •3.2 Механизм образования возбужденных молекул при окислении газообразных углеводородов
- •3.3 Механизм зарождения цепей при окислении углеводородов
- •3.4 Особенности газофазного окисления углеводородов
- •3.5 Противоокислительная стабильность жидких углеводородов
- •3.6 Окисление капель распыленных жидких углеводородов
- •3.7 Особенности окисления сложных смесей жидких углеводородов
- •Особенности окисления топлив при хранении
- •3.9 Вопросы для самопроверки
- •4 Особенности окисления масел при хранении и применении
- •4.1 Влияние химического состава масел на их стабильность против окисления
- •4.2 Основные факторы, ускоряющие окисление масел
- •4.2.1 Влияние температуры на окисление моторных масел
- •4.2.2 Катализаторы и другие факторы, ускоряющие окисление
- •4.3 Вопросы для самопроверки
- •5 Общие теоретические представления о механизме действия противоокислительных присадок
- •5.1 Противоокислительные присадки и механизм их действия
- •5.2 Смеси противоокислителей и синергизм их действия
- •Вопросы для самопроверки
- •6 Основные закономерности испарения жидких топлив
- •6.1 Основные показатели и характеристика испаряемости жидких топлив
- •6.2 Вопросы для самопроверки
- •7 Общие закономерности горения жидких топлив
- •7.1 Краткая характеристика пламен
- •7.2 Ламинарные пламена
- •7.3 Теории распространения ламинарных пламен
- •7.4 Химические процессы в предпламенной зоне
- •7.5 Воспламенение (зажигание) горючей смеси
- •7.6 Самовоспламенение (взрывное горение) горючей смеси
- •7.7 Самовоспламенение углеводородо-воздушных смесей
- •7.8 Особенности самовоспламенения распыленных жидких топлив
- •7.9 Вопросы для самопроверки
- •8 Особенности горения жидких топлив в поршневых двигателях
- •8.1 Процессы, протекающие при горении топлив в двс
- •8.2 Вопросы для самопроверки
- •9 Основы теории поверхностных явлений
- •9.1 Характеристика поверхности и механизмы действия пав
- •9.2 Теоретические основы трения и износа
- •9.3 Вопросы для самопроверки
- •Основные термины
- •Условные обозначения
- •Литература
1 Место и роль химмотологии в экономике страны
1.1 Химмотология как прикладная наука
Экономика страны включает в себя множество сфер деятельности производства (добывающая, перерабатывающая, машиностроительная, энергетическая, сельскохозяйственная и другие отрасли промышленности) и потребления (транспорт, связь, коммунальное хозяйство, строительство, торговля, культура, спорт, оборона страны и так далее). Однако в этой сложной структуре экономики существуют три особые, зависящие друг от друга области человеческой деятельности: конструирование и изготовление техники и оборудования, их эксплуатация в различных условиях; разработка, производство топлив, масел, смазок и специальных жидкостей, применяемых в технике и оборудовании. Создание новой техники и оборудования стимулируется непрерывно возрастающими требованиями, выдвигаемыми эксплуатацией, и значительно зависит от уровня качества ГСМ и возможностей нефтеперерабатывающей и химической промышленности [5, 8, 12]. С другой стороны, развитие техники требует совершенствования (оптимизации) свойств ГСМ и улучшения способов, условий эксплуатации техники и оборудования, а работоспособность, надежность, продолжительность и эффективность эксплуатируемой техники значительно зависят от совершенства конструкции и уровня эксплуатационных свойств ГСМ. Для координации и взаимосвязи этих областей деятельности, показанных на рисунках 1 и 2, по достижению эффективного использования техники и экономного применения ГСМ возникла необходимость в прикладной науке.
Рисунок 1 – Универсальная трехзвенная химмотологическая система
Рисунок 2 – Четырехзвенная химмотологическая система
Рисунок 3 – Место и роль химмотологии в экономике страны
Действительно, химмотология как особая деятельность людей, знающих составы, эксплуатационные свойства и технологии производства ГСМ, особенности устройства и эксплуатации техники, оказывает все большее влияние на развитие всех отраслей экономики в сферах потребления и производства. Химмотология – прикладная наука об эксплуатационных свойствах, качестве и рациональном применении ГСМ в технике топлив, масел, смазок и специальных жидкостей, как теория и практика возникла и развивается на базе ускоряющегося научно-технического прогресса, место и роль которой в экономике представлена схемой, показанной на рисунке 3.
С появлением первых простейших механизмов человек столкнулся с явлением трения и износа, а главное, он ощутил, что на преодоление трения требуется затрата энергии. Поэтому уже тогда возникла острая необходимость в поиске средств уменьшения затрат энергии и снижении износа трущихся деталей. В этом направлении шли двумя путями: подбирали прочные и износостойкие конструкционные материалы с малым коэффициентом трения; применяли различные смазочные материалы. Возникшая в середине прошлого века наука о трении и износе, уделяя внимание тонкостям взаимодействия твердых трущихся поверхностей, практически не изучала влияние качества смазочных материалов на трение, износ в двигателях и механизмах. С появлением тепловых двигателей, в том числе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), возникли специфические вопросы их конструирования и эксплуатации, связанные как с трением и износом, так и с особенностями горения топлива и поведения смазочных масел в двигателе. Усложнение конструкции ДВС, увеличение их мощности и теплонапряженности существенно повысили требования к качеству ГСМ, что привело к появлению новых марок и расширению ассортимента ГСМ, появились сложные проблемы при эксплуатации (обеспечение работоспособности, надежности, эффективности работы двигателей в экстремальных условиях).
По мере развития и совершенствования техники оказалось, что конструкция двигателей и механизмов, качество применяемых ГСМ и эксплуатация техники являются звеньями единой химмотологической системы, в которой каждое звено специфически влияет на соседние звенья и сильно зависит от них. Химмотологическая система носит общий универсальный характер и отражает сущность химмотологии – во взаимосвязи и взаимодействии всех звеньев системы заключен основной смысл новой прикладной отрасли науки и техники. Применительно к ДВС в 60-х годах прошлого века химмотологическую систему предложили К.К. Папок и В.В. Никитин. Она успешно реализуется в области автотранспортных машин и транспортно-технологических комплексов. Простая химмотологическая система включает в себя сложные научно-технические проблемы, решение которых является основной задачей химмотологии и главной целью: обеспечение рационального применения топлив, масел, смазок и специальных жидкостей на всех этапах жизненного цикла автотранспорта. Химмотология автомобильных топлив и масел как прикладная наука возникла и развивается на базе и стыке различных наук: органической, неорганической, физической, коллоидной химии, нефтехимии, электрохимии, физики, химической физики, машиноведении, теплотехники, экономики и экологии. Поэтому теоретическими основами химмотологии являются: теория окисления жидких углеводородов, теоретические основы испарения и горения топлив, основные положения теории поверхностных явлений, теория трения и износа металлов в двигателях, механизмах и электрохимическая теория коррозии металлов в нефтепродуктах.
Предметом исследований в химмотологии являются эксплуатационные свойства топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей, так как они, проявляясь в условиях эксплуатации, определяют работоспособность, надежность, экономичность и экологичность автотранспорта. К эксплуатационным свойствам ГСМ относятся: детонационная стойкость, склонность к нагарообразованию, прокачиваемость, электризуемость топлив, моющие, диспергирующие свойства моторных масел, физическая и химическая стабильность, испаряемость, гигроскопичность, низкотемпературные, коррозионные, противоизносные, противозадирные свойства, пожаро- и взрывоопасность, токсичность топлив, смазочных масел и специальных жидкостей.
Практически при правильном решении комплекса вопросов химмотологии, за счет конструктивного усовершенствования автотранспорта, улучшения его эксплуатации и оптимизации качества ГСМ можно увеличить на 20–50 % моторесурс двигателя, уменьшить на 15–20 % расход топлив, увеличить на 20–50 % их ресурсы, снизить в 2–4 раза расход смазочных материалов, сократить в 2–3 раза ассортимент применяемых ГСМ и специальных жидкостей. Очень большой ассортимент ГСМ и спецжидкостей (более 700 марок) затрудняет полное обеспечение ими нужд автотранспорта и различных отраслей экономики, усложняет их производство, хранение, транспортировку, контроль за качеством, что наносит стране огромный экономический ущерб.
В процессе своей деятельности химмотология решает следующие практические (прикладные) задачи:
обеспечение длительной, надежной и экономичной эксплуатации механизмов, узлов, деталей и автотранспорта в целом;
установление оптимальных требований к качеству ГСМ в соответствии с современным состоянием и перспективами развития автотранспорта, нефтеперерабатывающей и химической промышленности;
унификация и сокращение ассортимента ГСМ в экономике страны, отдельных видах автотранспортных и транспортно-техноло-гических комплексов;
снижение удельных и эксплуатационных норм расхода, потерь ГСМ, сохранение их качества при эксплуатации автотранспорта, в условиях хранения, транспортирования и перекачки;
расширение сырьевых ресурсов ГСМ и специальных жидкостей, в том числе и за счет использования альтернативных источников (биомасса, уголь, сланцы, природный газ и другие);
сокращение сроков (при сохранении качества) испытаний и внедрение новых, унифицированных, более эффективных сортов и марок ГСМ;
разработка современных, эффективных методов испытаний эксплуатационных свойств ГСМ, соответствующих стендов и приборов для них.
В результате научно-технической революции существенно возросло значение ГСМ и специальных жидкостей в экономике и техническом развитии страны в целом. Это связано, во-первых, с увеличившимся в несколько раз за последние 20 лет потреблением ГСМ (сотни млн тонн в год), а поэтому даже незначительные отклонения от оптимальных требований к качеству или условий применения ГСМ ведет к огромным экономическим и материальным потерям; во-вторых, изменились требования к качеству ГСМ, так как существенное влияние стали оказывать энергетические, экономические, экологические и технологические проблемы; в-третьих, проблемы качества ГСМ приобрели сложный межотраслевой характер, где затрагиваются интересы нефтеперерабатывающей, химической, машиностроительной и других отраслей промышленности, а также организаций, эксплуатирующих технику. Поэтому эти взаимосвязанные межотраслевые проблемы необходимо решать (и успешно решаются) с помощью химмотологии по единому скоординированному плану.