Повышение надежности автомобиля и качества эксплуатационных материалов важное направление зарубежного ресурсосбережения.

Оценить аналитически эффективность того или иного метода повышения надежности можно только тогда, когда известно, как изменяются количественные характеристики надежности при пользовании данным методом. Методы повышения надежности аппаратуры, механизмов, машин подразделяют на три большие группы:

1) методы, применяемые при проектировании;

2) методы, применяемые при изготовлении;

3) методы, применяемые при эксплуатации.

Главная цель всех этих методов — уменьшить интенсивность отказов системы.

Наиболее эффективными и многочисленными являются методы первой группы (применяемые при проектировании аппаратуры, механизмов, машин). К ним относятся: упрощение конструкции системы; выбор наиболее надежных материалов для деталей (элементов); облегчение электрических, механических, тепловых и других режимов работы элементов; стандартизация и унификация элементов и сборочных единиц; встроенный (статистический) контроль; автоматизация производства и совершенствование его технологии.

Эффективность этих методов состоит в том, что они принципиально позволяют из малонадежных элементов строить надежные системы, уменьшить интенсивность отказов и увеличить среднее время работы системы — машины.

Повысить надежность аппаратуры, механизмов и машин в процессе их эксплуатации чрезвычайно трудно. Это объясняется тем, что надежность машины (системы) в основном закладывается при ее проектировании и изготовлении, а при эксплуатации она только расходуется. Скорость расхода надежности зависит от методов и усло-вийэксплуатации, квалификации обслуживающего персонала.

Задача эксплуатационников состоит не в повышении надежности системы, а в том, чтобы как можно дольше сохранить надежность аппаратуры, механизмов, машин, заложенную в процессе их проектирования и изготовления.

Эксплуатация оказывает очень сильное влияние на проектирование и изготовление вновь разрабатываемых аппаратуры, механизмов, машин. Это объясняется тем, что данные об отказах, полученные при их эксплуатации, полностью характеризуют надежность машин и поэтому часто являются исходными данными при проектировании высоконадежных систем. Опыт эксплуатации всегда должен использоваться при проектировании и изготовлении надежных машин и приборов, а результаты проектирования и изготовления — при совершенствовании методов эксплуатации.

Тема 6. Экономия моторного топлива Пути экономии моторных топлив: применение альтернативных топлив

Пути экономии ТСМ

Автомобильный транспорт в нашей стране потребляет около половины светлых нефтепродуктов, в том числе 65 % бензина и 35 % дизельного топлива. На долю топлива в общей себестоимости перевозок приходится 15—20 %. Поэтому экономия топ­лива и смазочных материалов имеет значение как фактор не только сни­жения себестоимости автомобильных перевозок, но и сбережения энергети­ческих ресурсов. Последнее особенно важно в современных условиях, характеризующихся ограниченными запасами нефти.

Очевидно что на практике необхо­димо осуществлять мероприятия, направленные на экономное расходо­вание ГСМ при транспортировке их со складов, при хранении, раздаче и в процессе работы автомобиля.

При хранении жидкого топлива потери возникают от утечки через неплотности соединений, выветрива­ния, испарения через дыхательный клапан и при наполнении резервуа­ров, т. е. могут быть количествен­ными и качественными.

Для уменьшения количественных потерь топлива (расплескивания, подтекания) перевозка его должна осуществляться в исправной таре. Для уменьшения качественных по­терь (испарения) тара должна быть окрашена в светлые цвета, хорошо отражающие солнечные лучи. Увели­чивают качественные потери загряз­нение топлива продуктами коррозии, пылью и водой, находящимися в таре. Потери от выветривания через неплотности люков и крышек резер­вуаров за летний сезон достигают 3—5 % количества хранимого топ­лива. Потери через дыхательный клапан — до 1 % за год.

При раздаче топлива потери возни­кают в результате разливания, рас­плескивания и неправильного замера отпускаемого топлива. Для обеспече­ния экономии топлива при его транс­портировке, хранении и раздаче необ­ходимо соблюдать все существующие правила и обеспечить тем самым минимум возможных потерь.

Непременными условиями эконом­ного расходования топлива являются рациональная система нормирования и учета, заинтересованность персо­нала в экономии горюче-смазочных материалов.

Выше было показано влияние на расход топлива технического состоя­ния подвижного состава. Качествен­ное проведение ТО и TP, в первую очередь двигателя, имеет первосте­пенное значение. Значительное уве­личение расхода топлива свидетель­ствует о наличии серьезных неис­правностей в агрегатах и их систе­мах. Без их устранения автомобили выпускаться на линию не должны. Бороться за экономию топлива можно только на технически исправ­ном автомобиле.

Добиться экономии топлива в пределах 25 – 30% довольно просто, но чем больше становится процент экономии, тем сложнее и сложнее ее поддерживать, хотя иногда даже одна длительная поездка на доработанной и настроенной машине приносит ощутимые и видимые результаты. Конкретные цифры по экономии топлива относятся к автомобилю ГАЗ – 2705 (двигатель ЗМЗ-402.10, объем 2,45 л., сжатие 8,2 ). Начав, постепенно решать вопросы экономии бензина на машине, она уже никогда не вернется в первозданное состояние; слишком велика разница в пробеге от одной заправки машины.

Существует простой на первый взгляд путь экономии на топливе – это перевод питания двигателя с бензина на газ жидкий или газообразный. Но на этом пути существуют помимо явных еще и подводные камни. Описанное ниже не касается двигателя синтагмы комбинированного смесеобразования с основным газовым питанием.

Рассмотрим некоторые отрицательные моменты, связанные с переходом на газ.

Во-первых, это достаточная стоимость самого газового оборудования, дополнительно возросшая в нынешней ситуации. Во-вторых, увеличение массы автомобиля, сокращение полезного объема, усложнение конструкции и как следствие снижение надежности автомобиля в целом. В-третьих, усложнение эксплуатации и обслуживания автомобиля. Зачастую не совсем аккуратная установка оборудования (установка не в заводских условиях, при изготовлении автомобиля) и как следствие некоторое снижение надежности штатных узлов и систем автомобиля. В-четвертых, довольно сложная и длительная по времени регулировка оборудования с целью достижения минимального расхода. На которую даже у достаточно опытных водителей уходит не один месяц езды, что связано и с изменяющимися характеристиками двигателя, а не только с некоторым снижением мощности. В частности изменяются динамические характеристики двигателя и автомобиля и необходимо определенное время для привыкания к новому "характеру" автомобиля. Да и цена на газовое топливо не будет стоять на месте. В конечном итоге выигрыш в экономии топлива оказывается, не настолько велик, как ожидалось.

Считается, что если автомобиль поглощает по городскому циклу больше средней нормы бензина, то газа он поглотит больше на 10 – 20 % и то при хорошей настройке и потери мощности двигателя. При любых нарушениях или неточности в регулировке расход топлива может значительно возрасти. Это не полный перечень отрицательных моментов эксплуатации автомобиля на газу. Некоторые из них со временем стираются, но на изношенных двигателях могут добавиться новые. Имея достаточный опыт эксплуатации автомобиля "Газель" на жидком газе, решено было на новой машине идти путем простого сокращения расхода бензина. При эксплуатации двигателя на бедной смеси удалось безболезненно перейти на низко октановый бензин марки АИ76, хотя двигатель рассчитан на бензин АИ92, но поскольку степень сжатия составляет всего 8,2 и при дополнительном условии ограничения максимальной мощности, использование низко октанового топлива не вызывает никаких отрицательных последствий. Но необходимо иметь соответствующие настройки ДВС и учитывать, что максимальная мощность ДВС несколько уменьшится.

Все написанное в одинаковой степени относится практически к любому отечественному автомобилю с обычным карбюраторным двигателем.

Средний расход бензина летом до "усовершенствования" автомобиля составлял около 16-18 литров на 100 км пробега, что в общем, вначале казалось довольно неплохо.

Ездить приходилось в "экономичном" стиле, используя накат, экономайзер холостого хода, прогнозируя ситуацию на дороге, разгоняясь плавно, минимально используя вторичную заслонку карбюратора. И казалось, что меньшего расхода бензина достичь уже невозможно. Но как показала практика, это далеко не так.

Сейчас расход бензина марки АИ76, на той же машине составляет 10 – 11 литров на 100 км пробега, хотя вынужден признать, что зимой расход увеличился на 1,5 – 2 литра и иногда доходит до 12,5 литров, в основном это увеличение связано с прогревом холодной машины, вязкостью масел и смазок до их разогрева, ухудшением дорожных условий, особенно при коротких поездках. Расход бензина считался по заправкам машины и по счетчику пробега спидометра. Машина ездит в основном с небольшой загрузкой, хотя иногда загрузка бывает предельной. Загрузка автомобиля не оказывает существенного влияния на расход топлива.

Подобный расход бензина не является предельной величиной, но дальнейшее снижение расхода требует все более усложненных мероприятий и, на каком то этапе станет трудно достижимой в и нецелесообразной вообще без коренной доработки двигателя.

Уменьшение расхода топлива естественно отражается на некотором снижении мощности двигателя, т.е. получается как бы косвенный переход на газ, о чем уже говорилось выше, только с некоторыми особенности в положительную сторону. Хотя доработки, такие как "вариостат" и система "эконом-форсаж", даже увеличивают приемистость и эластичность двигателя автомобиля. И главное наверное заключается в том, что большинство доработок просты и доступны и в случае какого либо "недовольства" автомобилем все можно в течение очень короткого времени восстановить в первозданном виде, хотя в любом случае будет достигнуто некоторое снижение расхода топлива, и водитель уже будет иметь несколько иной взгляд на свой автомобиль.

Можно начинать "доработки" автомобиля в определенной последовательности, т.к. все они напрямую связаны с расходом топлива и любая неточность или пренебрежительное отношение может исказить результаты. Общеизвестно, что расход топлива – это показатель технического состояния автомобиля, поэтому многие вопросы связаны с проверкой технического состояния.

Применение альтернативных топлив. На автомобильном транспорте удельные расходы топлива можно снизить проведением организационных и технологических мероприятий.

К организационным мероприятиям относятся: пересмотр линейных норм расхода топлива и приведение их в соответствие с современным техническим уровнем подвижного состава и изменившимися условиями эксплуатации; повышение коэффициента использования пробега грузового подвижного состава; интенсификация использования прицепов; формирование трех- и четырехзвенных автопоездов; соблюдение оптимальных скоростей движения автомобилей (известно, что движение грузовых автомобилей со скоростью свыше 60 км/ч приводит к существенному и часто неоправданному перерасходу топлива); совершенствование учета расхода топлива на предприятиях; упорядочение складов ГСМ снабжением и раздачей топлива и др.

К технологическим мероприятиям можно отнести: постоянное поддержание хорошего технического состояния подвижного состава и прежде всего систем питания, зажигания и газораспределения двигателей, регулировок ходовой части и шин; оборудование площадок открытого хранения автомобилей в условиях отрицательных температур современными средствами разогрева и подогрева холодных двигателей. Это позволит полностью исключить прогрев двигателей в межсменное время путем их пуска и работы на холостом ходу. Подробно все эти мероприятия изложены в соответствующих разделах учебника.

В настоящее время наиболее реальный путь расширения энергетической базы автомобильного транспорта и компенсации растущего дефицита традиционных видов нефтяного топлива — использование синтетических спиртов, среди которых значительный интерес представляет метанол (метиловый спирт СН3ОН). Сырьем для получения метанола могут служить различные виды горючих ископаемых: природный газ, сланцы, разнообразные угли и т. д.

Теплота сгорания метанола примерно наполовину ниже, чем бензина. Это требует увеличения на автомобиле топливного бака, что и относится к основным недостаткам метанола. В то же время теплота сгорания бензо- и метаноловоздушных смесей различается мало. Поэтому при разной эффективной мощности рабочий объем двигателя, работающего на метаноле, может быть таким же, как и бензинового.

С энергетической точки зрения метанол обладает важным преимуществом — высокой антидетонационной стойкостью и высоким КПД рабочего процесса. Спиртовые топлива характеризуются более высокой активностью при горении по сравнению с углеводородами. Благодаря этому горение метанольной смеси в двигателе протекает устойчивее, а предел воспламенения топливной смеси смещается в более бедную область — от а = 1,40... 1,45.

Метанол имеет низкую упругость паров и высокую теплоту испарения. Вследствие этого затрудняется пуск двигателя даже при положительных температурах окружающей среды. Этот недостаток устраняют добавлением 5... 10 % растворимых в нем низкокипящих углеводородных фракций, применением дополнительной системы с пусковым топливом, подогревом впускного трубопровода, использованием карбюраторов с электроподогревом и др. Для пусковых добавок применяют сжиженные газы, бутан, изопентан и диметиловый эфир.

Применение альтернативных топлив — одно из главных направлений по экономии автомобильного топлива. Наиболее эффективные и перспективные виды моторного топлива — природный газ, водород, пропан-бутановая смесь и метанал . К новым видам относятся композиции легких углеводородов с бензином или дизельным топливом, сжиженный метан, этан и их композиции. Особого внимания заслуживают традиционные виды топлива с добавками химических композиций типа ЦТМ и циклогексаннитрат.

Применение водорода в качестве дополнительного топлива для карбюраторных двигателей открывает возможность принципиально нового подхода к организации рабочего процесса. При минимальной модификации двигателя, касающейся в основном системы питания, можно достичь значительного повышения его топливной экономичности (эксплуатационный расход бензина снижается на 35... 40 %) и необходимого уменьшения токсичности отработавших газов.

Газовые конденсаты имеют разные физико-химические свойства. Даже в пределах одного месторождения возможно изменение свойств в течение суток. Поэтому перед заправкой обязательно нужно определять физико-химические, теплофизические и термодинамические характеристики исследуемых топлив и выбрать оптимальный в конкретной ситуации вариант использования газового конденсата любого месторождения без проведения комплекса исследований, предусмотренных Государственной межведомственной комиссией по испытанию топлив, масел, смазочных материалов и спецжидкостей при Госстандарте СССР.

Добавка в бензин синтетических компонентов и присадок — перспективное направление Например, в НПО Главмосавтотранса в бензин добавляли 8 % метилтретичнобутилового эфира (МТБЭ) и бензометанольную смесь (15 % метанола и 7 % изобутанола). Испытывался также бензин А-76 с моющей присадкой «Найк». Проверка этих топлив в реальных условиях показала надежную работу автомобилей. При этом не нужны специальные регулировочные работы, автомобиль работает с обычными эксплуатационными материалами, а условия хранения и транспортировки топлива такие же, как и у бензина. Кроме того, высокие антидетонационные свойства МТБЭ позволяют увеличить выпуск неэтилированного бензина. Начато производство бензина с добавкой МТБЭ.

Применение бензометанольной смеси выдвигает специфические требования Ужесточаются требования к давлению насыщенных паров бензина, поскольку даже с 5 %-й добавкой метанола оно значительно увеличивается. Чтобы избежать расслоение смеси при ее хранении транспортировке и применении, необходимо соблюдать определенную температуру и не допускать попадания в нее воды. Некоторые синтетические материалы, используемые в системах раздачи топлива и в автомобильных системах питания, оказываются нестойкими к бензометанольной смеси. При переводе автомобиля с бензина на бензометанольную смесь нужно изменить пропускную способность жиклеров, при этом несколько увеличивается общий расход топлива при снижении расхода бензина. Смесь с содержанием метанола до 15 % не ухудшает основных технико-эксплуатационных показателей автомобилей.

Отходы нефтехимических и химических производств (ОНП) с высоким содержанием спиртов и воды имеют большие перспективы при использовании их в двухтопливных автомобилях. Применение таких добавок позволяет на 7... 11 % снизить расход автомобильного топлива при устойчивой работе двигателей, снизить затраты на его производство и уменьшить применение токсичного тетра-этилсвинца.

Изобретение относится к способам регенерации отработанных смазочных масел, в частности, отработанных моторных масел.

Известны способы регенерации отработанных масел путем обработки их сильными минеральными кислотами, в частности серной кислотой с последующей обработкой отбеливающими глинами. При этом значительная часть масел, до 50%, теряется, переходя в кислый гудрон. Такая обработка приводит к проблемам утилизации отработанных глин и кислотного шлама, что связано с загрязнением окружающей среды.

Известен способ регенерации отработанных моторных смазочных масел включающий ряд последовательных стадий: удаление механических примесей, удаление воды и легких углеводородов, обработку насыщенными углеводородными растворителями, с последующей вакуумной дистилляцией и каталитическим.

Известен способ регенерации отработанных масел, сущность которого заключается в нагреве, отгонке воды и легких углеводородных фракций, обработке полиметилсилоксановыми растворителями с последующей вакуумной разгонкой в тонкопленочном. Недостатком процесса является высокая стоимость растворителя и сложность его удаления из смеси с маслом. Качество масла после стадии экстракции не позволяет использовать его для производства моторных масел и требует проведения дополнительной стадии вакуумной дистилляции.

Известен способ регенерации отработанных масел, который принят за прототип, включающий следующие стадии: нагревание масла для удаления легких фракций и воды, экстракция масла насыщенными углеводородными растворителями, например пропаном, вакуумная разгонка с фракционированием и гидроочистка, причем тяжелую фракцию подвергают термической обработке и повторно экстрагируют. При использовании данной технологии газойлевые фракции удаляются на стадии фракционирования после экстракции, что ухудшает качество масла после стадии экстракции, а также требуются дополнительные стадии обработки - термообработка, дополнительная экстракция, что существенно осложняет и удорожает технологический процесс.

Задача изобретения: повышение экономических и экологических параметров процесса за счет улучшения качества деасфальтизата.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ регенерации отработанных моторных масел включает: удаление механических примесей, отгонку воды и легких углеводородных фракций, удаление газойлевых фракций, экстракцию масляных фракций осадительными растворителями, с последующей вакуумной дистилляцией (фракционированием) и гидроочисткой. Причем удаление газойлевых фракций проводится до стадии экстракции, а часть смолисто-асфальтеновых соединений после экстракции рециркулируют в экстракционный аппарат для создания внутреннего орошения.

Отсутствие газойлевых фракций на стадии экстракции повышает селективность растворителя, например, пропана, соответственно повышается качество деасфальтизата (меньше смол, лучше цвет, выше температура вспышки). Рециркуляция смолисто-асфальтеновых соединений в экстракционный аппарат и создание внутреннего орошения позволяет снизить содержание сконденсированных ароматических углеводородов с отрицательным индексом вязкости в деасфальтизате, вследствие их растворения в оседающих смолах, в то же время из смол восходящим потоком пропана экстрагируются ценные углеводородные компоненты.

Масло после экстракции, например, пропаном является промежуточным продуктом, свойства которого частично соответствуют параметрам товарных моторных масел, что связано с тем, что часть присадок имеющихся в отработанном масле остается в деасфальтизате. В частности полностью сохраняются депрессорные и вязкостные присадки, о чем свидетельствует низкая температура застывания (до минус 35°С) и высокий индекс вязкости (до 115), частично моющие, диспергирующие и антиокислительные присадки (до 30 %).

Для восстановления качества регенерированного масла после стадии экстракции и доведения его параметров до уровня товарных моторных масел требуется значительно меньше дорогостоящих присадок, чем при изготовлении товарных масел из базовых масел не содержащих присадок вообще, и представляется возможным не проводить две последующие стадии - дистилляции и доочистки, что существенно снижает затраты на производство регенерированных товарных моторных масел.

Согласно предлагаемому способу из отработанного масла удаляют механические примеси фильтрацией либо центрифугированием и после нагрева до температуры 100-120 °С проводят обезвоживание и удаление легких углеводородных фракций в вакуумной колонне. Следующую стадию - удаление газойлевых, фракций проводят в насадочном эвапараторе при температуре 200-250 °C и остаточном давлении от 10 до 50 мм рт. ст. Предварительно очищенное масло направляют на стадию экстракции селективным растворителем, в качестве которого могут быть использованы: низкомолекулярные парафины (этан, пропан, бутан или их смеси), низшие спирты, простые эфиры, силоксаны. Отсутствие газойлевых фракций на стадии экстракции повышает селективность растворителя, например, пропана, соответственно повышается качество деасфальтизата (меньше смол, лучше цвет).

Процесс экстракции (деасфальтизации) при использовании пропана ведется в противоточной массобменной колонне при температуре 50-93 °C и давлении до 45 и объемном отношении растворителя и масла 5-15/1. При использовании силоксановых растворителей экстракция проводится в динамических смесителях при температуре от 0 до 30°C и давлении от 0 до 0,5 ати и объемном соотношении расхода растворителя и масла от 2 до 5. Экстракция селективным растворителем проводится с рециркуляцией до 50% смолисто-асфальтеновых соединений в верхнюю часть массообменного аппарата.

В результате предлагаемых усовершенствований увеличивается выход деасфальтизата с одновременным улучшением его качества. Полученный деасфальтизат, после отпарки растворителя имеет показатели на уровне товарных моторных масел: температура вспышки более 220°C, температура застывания ниже минус 32°C, индекс вязкости более 115, вязкость 7-9 сст (100°C), цвет 5-6 ед. ЦНТ. Значения показателей: щелочное число, содержание активных элементов Са, Zn, Р ниже требований на моторные масла, что связано с удалением части присадок и их фрагментов при экстракции. Для доведения качества деасфальтизата до уровня требований на моторные масла требуется значительно меньше присадок, чем при использовании регенерированных базовых масел.

Представляется возможным не проводить дальнейшие стадии регенерации: дистилляцию и доочистку, поскольку улучшение ряда параметров (цвет, кислотное число) масла, сопровождается повышением температуры застывания (до минус 10°С), снижением индекса вязкости (до 85), вязкости (до 4-5 сст), снижается выход регенерированного масла. Изменение вышеназванных параметров связано не только с полным удалением присадок, но и с изменением состава масла при воздействии высоких температур при дистилляции. Введение присадок в базовые масла улучшает эти параметры, но достичь значений характерных для регенерированного масла после стадии экстракции не удается.

При необходимости получения чистых базовых масел, усовершенствование процесса экстракции позволяет улучшить качество дистиллятных масляных фракций, увеличивает их выход (меньше смолистых соединений), параметры процесса гидроочистки могут быть смягчены, а базовое масло после гидроочистки получается более качественным.

Для улучшения цвета и полного удаления присадок масло направляют на вакуумную дистилляцию, которую можно проводить в пленочных, роторно-пленочных, циклонных испарителях, либо в ректификационной колонне при температуре 300-350°C и давлении 1-10 мм. рт. ст.

Доочистка масла после стадии дистилляции проводится способом каталитического гидрирования на катализаторах на основе металлов 6 и 8 группы периодической системы Менделеева, их окислов, либо сульфидов, нанесенных на окись алюминия. Основные параметры процесса гидроочистки: температура -150-400°С, давление -40-200 атм., контактная нагрузка -0,2-4 час-1. Гидроочистка может проводиться в любом фазовом состоянии водорода и масла.

Система газоснабжения

На предприятиях автомобильного транспорта газ может использоваться как топливо для котельной при автономной системе теплоснабжения; в столовой или кафе для приготовления и разогрева пищи; в горелках при пайке радиаторов и топливных баков; для нагрева металлических заготовок или деталей в кузнечно-рессорном отделении; в нагревательных и термальных печах; при стендовых испытаниях отремонтированных двигателей; сушильных установках и т.д. Питание газом осуществляется по согласованию с соответствующими газоснабжающими организациями от прилегающих к предприятию городских или районных газовых сетей.

Городские и районные газопроводы бывают низкого давления (до 5 • 103 Па); среднего давления (от 5 • 103 до 3 • 105 Па); высокого давления (свыше 3-105 Па). Предприятия, как правило, обеспечиваются газом от сетей среднего и высокого давлений. При использовании газа более низкого давления на предприятии предусматриваются газорегуляторные установки. При давлении газа до 6 • 105 Па газорегуляторные установки разрешается монтировать непосредственно в помещении с газовым оборудованием при условии обеспечения в нем трехкратного и более воздухообмена в течение 1 ч.

Потребное количество газа по предприятию рассчитывается по характеристикам используемого газового оборудования и горелок. Фактический расход газа определяется по газовому счетчику, устанавливаемому в предприятии на входе газопровода.

Подключение к газовым сетям, прокладка газопроводов как внутри здания, так и вне здания и эксплуатация газопровода осуществляется в соответствии с требованиями Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) и газоснабжающих организаций.