Файл: Гуреев, А. А. Автомобильные эксплуатационные материалы учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 85
Скачиваний: 1
А. А. ГУРЕЕВ, Р. Я. ИВАНОВА, Н. В ЩЕГОЛЕВ
АВТОМОБИЛЬНЫЕ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ
Д о п у щ е н о Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучаю щихся по специальности «Автомобильный транспорт».
Москва «Транспорт» 1974
УДК 629.113.004.002.3 (075)
j я г ...... |
.уОИинмлЯ |
|
|
|
■■- » |
НЕЯ |
|
|
|
... 1Ч.‘ ■ |
|
|
|
|
ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА |
|
|
||
’Н - |
J 5 4 6 |
L / |
|
|
|
Автомобильные |
эксплуатационные |
материалы. |
|
Г у р е е в А . |
А., И в а н о в а Р. Я., Щ е г о л е в Н. В. |
|||
Изд-во «Транспорт», 1974, стр. 1—280. |
по производ |
|||
|
Учебник |
содержит |
основные сведения |
ству и применению автомобильных эксплуатационных ма териалов. Рассмотрены важнейшие свойства топлив, сма зочных материалов и жидкостей, определяющие надеж ность и долговечность автомобилей. Большое внимание в учебнике уделено особенностям применения и путям экономии автомобильных эксплуатационных материалов.
Учебник предназначен для студентов автомобильных и автомобильно-дорожных факультетов и может быть ис пользован инженерно-техническими работниками, зани мающимися эксплуатацией автомобильного транспорта.
Рис. 93, табл. 82, библ. 13.
31803-001 Г 049 (01)-74
© Издательство «Транспорт», 1974 г.
ВВЕДЕНИЕ
Директивами XXIV съезда КПСС намечена грандиозная программа развития автомобильной промышленности в нашей стране. Поставлена задача довести вы пуск автомобилей в 1975 г. до 2,0—2,2 млн. штук, увеличив при этом производство грузовых автомобилей примерно в 1,5 раза и легковых в 3,5—3,8 раза.
Одновременно с увеличением числа автомобилей пятилетним планом предус мотрен рост выработки топлив, смазочных материалов и жидкостей, т. е. тех ма териалов, которые расходуются при эксплуатации автомобилей. Характерной чертой развития автомобильных эксплуатационных материалов в девятой пяти летке является резкое улучшение их качества.
Новые автомобильные двигатели с улучшенными технико-экономическими по казателями требуют высококачественных эксплуатационных материалов. Для современных и перспективных автомобилей приходится разрабатывать новые сорта эксплуатационных материалов с улучшенными характеристиками.
Совершенствование автомобилей и рост их требований к качеству эксплуата ционных материалов обусловливают высокие темпы развития важнейших от раслей нефтеперерабатывающей и частично химической промышленностей. С дру гой стороны, качество автомобильных эксплуатационных материалов, вырабаты ваемых нефтеперерабатывающей и химической промышленностью, определяет развитие автомобилестроения. Таким образом, три крупнейших отрасли промыш ленности оказались взаимосвязанными, а непосредственным связующим звеном явилось качество автомобильных эксплуатационных материалов.
Завышенные требования к качеству автомобильных эксплуатационных мате риалов ведут к неоправданным затратам на освоение новых процессов их полу чения и, следовательно, к повышению их стоимости и удорожанию эксплуатации автомобилей. Заниженные требования к эксплуатационным материалам приводят
к снижению долговечности и надежности, усложнению обслуживания автомо билей.
Все возрастающее значение качества применяемых топлив и смазочных ма териалов привело к тому, что в ходе научно-технической революции на стыке не скольких наук родилась новая наука о свойствах, качестве и рациональном ис пользовании топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей в технике. Эта наука в нашей стране получила название химмотологии, т. е. науки о химии в моторах. Часть химмотологии, занимающуюся вопросами трения и смазки в ма шинах, иногда называют трибологией (наука о трении) или любрилогией (наука о смазке).
В задачи химмотологии входят: |
|
к качеству |
топлив, масел, смазок |
||||
установление оптимальных требований |
|||||||
и специальных |
жидкостей, рассчитанных на то, |
чтобы |
обеспечить |
надежную, |
|||
долговечную и |
экономичную работу |
современных |
и |
перспективных |
двигателей |
||
и машин; |
высококачественных |
сортов |
топлив, |
смазочных материалов и |
|||
разработка |
|||||||
жидкостей; |
|
|
|
|
|
|
|
снижение расхода и потерь топлив, смазочных материалов и жидкостей и со хранение их качества в эксплуатации;
3
унификация ассортимента топливо-смазочных материалов и разработка ре комендаций по взаимозаменяемости различных сортов;
разработка лабораторных, стендовых и дорожных методов оценки эксплуата ционных свойств и контроля качества топлив, масел, смазок и жидкостей.
Данный учебник содержит материалы по одному из разделов химмотологии, в который входит теория и практика рационального применения топлив, смазоч ных материалов и жидкостей на автомобилях. Следует отметить, что именно этот раздел химмотологии развивается особенно интенсивно. Появились новые высо кокачественные автомобильные бензины, масла, пластичные смазки, охлажда ющие и тормозные жидкости. Авторы ставили перед собой цель изложить основ ные сведения по новым и перспективным автомобильным эксплуатационным мате риалам, при этом были учтены те успехи в повышении их качества, которые свя заны с появлением на дорогах страны легковых автомобилей Волжского автомо
бильного завода и будущими грузовыми автомобилями Камского автомобильного завода.
В соответствии с программой курса «Автомобильные эксплуатационные материалы» в учебник включена глава по конструкционным и ремонтным мате риалам.
Глава X учебника написана Р. Я- Ивановой, главы V и VI — Н. В. Щеголе вым, все остальные главы — А. А. Гуреевым.
Авторы будут признательны всем, кто сочтет нужным прислать в редакцию свои замечания по учебнику.
Г л а в а I
ПРОИЗВОДСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Современные топлива, смазочные масла, основы пластичных сма зок, тормозные и амортизационные жидкости являются продуктами переработки нефти. Все более широкое применение в качестве кон струкционно-ремонтных материалов находят продукты переработки нефтяных газов — синтетические обивочные материалы, пластические массы, резиновые изделия и т. д. Почти все неметаллические ма териалы, применяемые в современном автомобиле, производят из нефти.
§ 1. ПРИНЦИПЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ
Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость темк>- коричневого, иногда буро-зеленого цвета. В нефтях содержится до 99й» углеводородов самого разнообразного строения.
Всостав нефтей входят главным образом углеводороды трех клас сов — парафиновые, нафтеновые и ароматические. Непредельные угле водороды образуются из углеводородов этих классов в процессах нефте переработки.
Внефтях содержатся углеводороды с различным числом атомов углерода в молекуле. Простейшие парафиновые углеводороды с двумя, тремя и четырьмя атомами углерода при обычных условиях являются
газами и могут |
находиться в некоторых нефтях и нефтепродуктах |
в растворенном |
состоянии. Углеводороды с пятью и большим числом |
углеродных |
атомов в молекуле при обычных |
условиях — жидкости. |
||
Углеводороды парафинового ряда нормального строения |
с |
17 и бо |
||
лее атомами |
углерода — твердые вещества |
и находятся |
в |
нефтях |
в растворенном состоянии. Такое разнообразие углеводородов приводит к тому, что нефть не имеет какой-либо постоянной температуры кипе ния и при нагревании выкипает в широких температурных пределах. Из большинства нефтей даже при слабом нагревании до 30—40° С на чинают испаряться и выкипать наиболее легкие углеводороды. При дальнейшем нагревании до более высоких температур из нефти выки пают все более тяжелые углеводороды. Эти пары можно отвести и охла дить (сконденсировать) и таким образом выделить часть нефти или,
5
как принято называть, фракцию нефти, выкипающую в определенных температурных пределах.
Процесс разделения углеводородов нефти по температурам их ки пения называется прямой перегонкой.
Прямая перегонка нефти при атмосферном давлении является обя зательным первичным процессом переработки нефти. Принципиальная схема получения топлив и масел из нефти представлена на рис. 1 (на рис. не показаны установки по очистке дистиллятов, по добавлению присадок и т. п.).
Установки по первичной прямой перегонке нефти являются обяза тельными для всех заводов. Наличие других установок определяется свойствами перерабатываемой нефти, профилем продукции, выраба тываемой на заводе, и многими другими факторами. В целом нефтепе реработка представляет собой ряд взаимосвязанных нефтехимических производств, предусматривающих наиболее полное использование не только основного сырья, но и образующихся газов, сернистых соедине ний и т. п.
На современных заводах процесс прямой перегонки нефти осуществляют на крупных установках непрерывного действия (рис. 2). Нефть под давлением подают насосами в трубчатую печь /, где ее нагревают до температуры 330—350° С. Горячая нефть вместе с парами попадает в среднюю часть атмосферной ректификационной колонны 2,
Рис. 1, Схема получения автомобильных топлив и масел из нефти
6
Нефть
Рис. 2. Схема установки атмосферно-вакуумной перегонки нефти: |
|
J — трубчатая печь; 2 — атмосферная колонна; 3 — погружные |
холодильники; 4 —газоотде- |
литель; 5 —вакуумная |
колонна; 6 — теплообменники |
где она вследствие снижения давления дополнительно испаряется и испарившиеся углеводороды отделяются от жидкой части нефти — мазута. Пары углеводородов устремляются вверх по колонне, а жидкий остаток стекает вниз. В ректификационной колонне по пути движения паров углеводородов устанавливают ректификационные тарелки, на ко торых конденсируется часть паров углеводородов. Более тяжелые угле водороды с высокой температурой кипения конденсируются сразу же на первых тарелках. Легкие углеводороды успевают подняться вверх по колонне, а наиболее легкие углеводороды в смеси с газами проходят всю колонну, не конденсируясь, и отводятся с верха колонны в виде паров. Таким образом, в ректификационной колонне по ее высоте угле водороды нефти разделяют на фракции в зависимости от температуры
их кипения. С верха колонны и |
с верхних тарелок отводят легкие |
бензиновые фракции (дистилляты) |
нефти. Такие дистилляты с пре |
делами кипения от 30 до 180—205° С после очистки являются составной частью многих товарных автомобильных бензинов. Ниже отбирают керосиновый дистиллят, который после очистки используют в качестве топлива для газотурбинных реактивных авиационных двигателей. Еще ниже отводят газойлевый дистиллят, который также после очистки идет в качестве топлива для дизельных двигателей
Мазут, остающийся после прямой перегонки нефти, в зависимости от его состава используют или непосредственно в виде топлива (топоч ный мазут), или в качестве сырья на установки крекинга (см. ниже), или подвергают дальнейшему разделению на масляные фракции
ввакуумной ректификационной колонне 5.
Впоследнем случае мазут снова нагревают в трубчатой печи до температуры 420—430° С и подают в ректификационную колонну, работающую под разряжением (остаточное давление 50—100 мм рт. ст.). Температура кипения углеводородов при понижении давления снижается, что позволяет испарить без разложения тяжелые угле
водороды, содержащиеся в мазуте. При вакуумной перегонке мазута в верхней части ректификационной колонны отбирают соляровый ди
7
стиллят, который может служить сырьем для каталитического крекин га. Ниже отбирают масляные фракции — сначала веретенный дистил лят, затем машинный или автоловый и, наконец, цилиндровый. Все эти дистилляты после соответствующей очистки идут на приго товление товарных масел. Такие масла называют дистиллятными.
Из нижней части вакуумной ректификационной колонны отбирают неиспарившуюся часть мазута — полугудрон или гудрон. Из этих остатков путем глубокой очистки делают высоковязкие, так называемые остаточные масла. Прямая перегонка нефти долгое время была единст венным способом нефтепереработки. При этом основным продуктом являлся осветительный керосин, а бензин считался бесполезным и даже вредным отбросом.
Появление двигателей внутреннего сгорания привело к подлинной революции в нефтепереработке. Для работы двигателей потребовался бензин, который быстро стал одним из наиболее ценных продуктов, получаемых из нефти.
Прямой перегонкой нефти можно получить только то небольшое количество бензиновых фракций, которое непосредственно содержится в нефти, поэтому вскоре этот процесс уже не мог удовлетворить спроса на бензин. *
Для обеспечения возросших потребностей в бензине необходимо было увеличить выход бензина из нефти за счет превращения тяжелых углеводородов с большим числом углеродных атомов в молекуле в более легкие, выкипающие в пределах бензиновых фракций.
Эта задача была решена русскими учеными А. А. Летним, который еще в 1875 г. предложил разлагать углеводороды нефти при высоких температурах для получения дополнительных количеств бензина, и ин женером В. Г. Шуховым, запатентовавшим способ разложения нефти на бензин. В промышленности этот процесс впервые применили в США, где он был назван крекингом, что означает расщепление, раскалыва ние. Основной реакцией процесса крекинга является расщепление крупных молекул, состоящих из многих углеродных атомов, на более мелкие под действием высоких температур без катализатора (терми ческий крекинг) или в присутствии катализаторов (каталитический крекинг). Процессы крекинга позволили увеличить выход бензиновых фракций из нефти до 50—60% против 20—25%, получаемых с по мощью прямой перегонки.
При термическом крекинге получают газ, широкую гамму углево дородов, выкипающих в пределах бензиновой, керосиновой, газойлевойи соляровой фракций, а также тяжелый крекинг-остаток (крекингмазут).
Процесс термического крекинга в промышленных условиях осу ществляют по различным схемам. У нас больше всего распространен двухпечный крекинг (рис. 3), при котором процесс крекинга мазута осуществляют в два этапа. В первой печи идет легкий крекинг сырья при невысокой температуре. Продукты легкого крекинга разделяют, отбирая газ, бензин и тяжелый остаток. Всю среднюю часть, так называемую крекинг-флегму, направляют во вторую печь для глубо кого крекинга. Процесс термического крекинга ведут при темпера
8