Топлива – это вещества, которые при сжигании выделяют значительное количество теплоты и используются как источники получения энергии. Большинство этих веществ - разлагают углеродистые вещества от почти чистого С до сложных органических соединений. Некоторые виды топлив не содержат С (например водородная энергетика, ракетные топлива).
Топлива подразделяют:
- по агрегатному состоянию - на твердые, жидкие и газообразные;
- по происхождению - на природные (например, антрацит, бурые угли, газы природные горючие, горючие сланцы, древесина, каменные угли, нефть, торф, растительные отходы) и искусственные (например, кокс каменноугольный, коксовый газ, моторные топлива, синтетическое жидкое топливо), получаемые в результате переработки природных топлив (например, газификация твердых топлив, газы нефтепереработки, гидролизные производства, коксование, каталитический крекинг, пиролиз нефтяного сырья);
- по назначению - на моторные (например, авиакеросин, бензины, дизельные топлива, реактивные топлива), котельные топлива и др.
С целью сокращения потребления нефти применяют топлива называемые альтернативным топливом.
Свойства топлива в значительной степени определяются их химическим составом. Главные составляющие: С, H и примеси соединений, содержащих S, N, О, металлы и др. Основная характеристика практической ценности топлива - теплота сгорания (например, для горючих сланцев - 14,1 - 16,6; бензинов - 43,5 - 45,0; водорода - 120 МДж/кг).
Важное значение имеют экологические характеристики топлива и продуктов их сгорания. Ежегодные выбросы в атмосферу продуктов сгорания топлива достигают громадных количеств. При этом более 50% выбросов СО, оксидов азота и углеводородов - результат использования моторных топлив (см. таблицу 1). Токсичность отработавших газов, как правило, уменьшается при применении альтернативных топлив.
Таблица 1.
К началу XXI века использование альтернативных моторных топлив может достигнуть 5-7% от их общего производства; наиболее перспективны природные и сжиженный нефтяной (попутный) газы, метанол, метил-трет-бутиловый эфир, синтетическое топливо из угля и тяжелых нефтей. Используются и разрабатываются также различные методы улавливания вредных веществ из продуктов сгорания.
Моторные топлива, смеси жидких углеводородов с неуглеводородными примесями, компонентами различного происхождения и присадками, используемые в качестве топлив для двигателей. Моторные топлива получают главным образом путем переработки нефти, природных и попутных газов. В зависимости от типа двигателей моторные топлива подразделяют на несколько групп (см. таблицу 2):
Таблица 2.
В двигателях с принудительным воспламенением испарение топлива и образование топливно-воздушной смеси происходит при относительно невысоких температурах, поэтому в таких двигателях применяют легкоиспаряющиеся бензиновые фракции углеводородов, выкипающие в пределах 40-200°С. Бензины приготовляют смешением различных компонентов: бензинов каталитического крекинга и риформинга, и др. В качестве присадок используют антидетонаторы; антиокислители; деактиваторы металлов; соединения с моющими и антиобледенительными свойствами (спирты, эфиры).
В быстроходных двигателях с воспламенением от сжатия применяют фракции углеводородов, выкипающие в пределах 180-360°С; в утяжеленных топливах конец кипения 380-400°С. Дизельные топлива получают прямой перегонкой нефтей с последующей гидроочисткой. В качестве компонента используют легкий газойль каталитического крекинга. Для улучшения эксплуатационных свойств товарных топлив в них могут добавлять присадки, повышающие метановое число, антиокислители, ПАВ с защитными свойствами, биоцидные, антидымные, снижающие температуру застывания. Тихоходные дизели менее требовательны к качеству топлива и в них применяют тяжелые дистиллятные, а иногда и смеси с остаточными нефтяными фракциями.
Для воздушно - реактивных двигателей наиболее пригодны по эксплуатационным свойствам керосиновые фракции с пределами выкипания 140-280°С. Такие топлива получают обычно прямой перегонкой нефти с применением гидроочистки и добавлением присадок, в том числе антиокислителей, противоизносных, антисептических, биоцидных и антиводокристаллизую-щих. Для газовых турбин и котельных установок используют тяжелые дистиллятные фракции прямой перегонки нефти и вторичных процессов ее переработки, а также тяжелые нефтяные остатки.
В последние годы все шире применяют моторные топлива, вырабатываемые из ненефтяного сырья – альтернативные топлива.
Альтернативные топлива, получают в основном из сырья ненефтяного происхождения, применяют для сокращения потребления нефти с использованием (после реконструкции) энергопотребляющих устройств, работающих на нефтяном топливе. Основные виды альтернативного топлива: сжиженные и компримированные горючие газы; спирты, продукты их переработки и смеси с бензином; топливные смеси; искусственное жидкое топливо; водород.
Сжиженные и компримированные горючие газы - углеводородные газы С3 и С4, а также метан, используемый в чистом виде и в составе природного газа или продукта газификации твердых топлив. Основные достоинства - высокая теплота сгорания, экология, безвредность продуктов сгорания; недостаток-необходимость применения специального оборудования для сжижения, сжатия, хранения, распределения и транспортирования. Используются как промышленное топливо и наряду со сжиженным и сжатым природным газом как топливо для коммунально-бытовых целей.
Спирты, продукты их переработки и спиртобензиновые смеси. Наиболее перспективны низшие алифатические спирты - этанол и особенно метанол, которые благодаря высоким октановым числам и небольшому загрязнению атмосферы выхлопными газами могут использоваться как автомобильное топливо непосредственно или в смесях с бензином. Достоинство этанола - доступность сырьевых ресурсов, метанола - горит при более низкой температуре, чем бензин; недостатки метанола - низкая теплота сгорания (примерно вдвое меньше, чем у бензина), высокая токсичность.
Топливные смеси. Начато использование водно-топливных эмульсий (80-85% дизельного топлива, остальное-вода) для транспортных дизельных двигателей, а также метанольно-угольных, углемасляных, водно-угольных, водно-углемазутных и других смесей вместо жидкого котельного топлива (мазута) или угля (например, на тепловых электростанциях либо на речном транспорте). Указанные смеси легко воспламеняются, имеют высокую теплоту сгорания, хорошо перекачиваются по трубопроводам и легко распыляются топочными форсунками. Стабильность их при хранении и транспортировавши, обеспечивается введением ПАВ. Масштабы применения топливных смесей определяются разницей в ценах на мазут и уголь.
Искусственное жидкое топливо. Получают переработкой твердых горючих ископаемых - угля, сланцев, торфа, а также газификацией их с последующим синтезом из СО и Н2. Кроме того, сырьем для производства искусственного жидкого топлива могут служить различные битуминозные породы.
Смазочные материалы, вещества, обладающие смазочным действием. Смазочные материалы применяют для смазки трущихся деталей машин и приборов, а также при обработке металлов резанием и давлением, для предохранения металлических поверхностей от коррозии и других целей.
Смазочные материалы классифицируются, в первую очередь, по физическому состоянию. Существуют:
- газообразные смазочные материалы;
- жидкие смазочные материалы;
- консистентные смазочные материалы;
- твердые смазочные материалы.
Газообразные смазочные материалы не имеют никакого значения. Расходы на разработку газообразного или воздушного смазочного материала очень высоки.
В зависимости от нагрузки они выполняют следующие задачи:
- отвод тепла;
- защита поверхностей;
- пропускание тока;
- удерживание от попадания инородных веществ;
- отвод частиц, вызывающих износ.
Выполняя эти задачи, различные смазочные материалы ведут себя неодинаково.
Жидкие смазочные материалы. Эти материалы могут выполнять следующие задачи:
- отвод тепла;
- защита поверхностей;
- пропускание тока;
- отвод частиц, вызывающих износ.
К жидким смазочным материалам относятся:
- жирные масла;
- минеральные масла;
- синтетические масла.
Жирные масла не очень подходят для смазки. Хотя они и обладают хорошим смазывающим эффектом, они неустойчивы к низким температурам и чувствительны к окислителям. В технических областях бесспорными лидерами являются минеральные масла. В наше время все большее значение приобретают синтетические масла.
Их преимущества:
- повышенная устойчивость к окислению;
- устойчивость к низким и высоким температурам;
- долговременная смазка, смазка на весь срок службы изделия.
Антикоррозийные материалы и разделительные агенты представляют собой специальные продукты, одной из задач которых является также и смазка.
Консистентные смазочные материалы. Эти материалы выполняют следующие задачи:
- защита поверхностей;
- пропускание тока удерживание от попадания инородных веществ.
К консистентным смазочным материалам относятся:
- пластичные смазки;
- смазочные пасты;
- смазывающие воски.
Смазывающие воски имеют высокомолекулярную углеводородную основу. Предпочтительными областями их применения являются граничная и парциальная смазка при низких скоростях.
Пластичные смазки изготавливаются на основе смазочных масел и имеют консистентную структуру благодаря загустителю. Их можно применять как при эластогидродинамической смазке, так и при граничной смазке и парциальной смазке деталей.
Смазочные пасты отличаются высоким содержанием твердых смазочных веществ. Они применяются при граничной и парциальной смазке деталей для подвижной, переходной или прессовой посадки.
Консистентные смазочные материалы применяются тогда, когда из-за недостаточного уплотнения зазора смазка не должна вытекать и/или когда смазка должна быть устойчивой к жидкостям. В наши дни эти материалы имеют огромное значение, так как при их минимальном расходе обеспечивается максимальный срок службы деталей и оборудования.
Твердые смазочные материалы. Эти материалы могут выполнять следующие задачи:
- защита поверхностей
К твердым смазочным материалам относятся:
- материалы для трубосистем;
- лаки для смазки.
Помимо этого к ним относятся порошковые полимеры или металлические материалы, а также минералы, например медь, графит или дисульфид молибдена. Для применения в качестве порошков они подходят плохо. Поэтому их используют в качестве присадок, которые обеспечивают защиту, как от трения, так и от износа.
Твердые смазочные материалы применяются, как правило, для сухой смазки. В результате получается граничная смазка, которая при включении жидких или консистентных смазок в материалы для трибосистем может использоваться для парциальной смазки.
Твердые смазочные материалы применяются преимущественно в тех случаях, когда из-за функциональных особенностей или загрязнения жидкие или консистентные смазки не являются идеальным решением проблемы, а для ее решения достаточно свойств твердых смазочных материалов.
Смазочные масла по назначению подразделяют на:
- моторные;
- трансмиссионные;
- пластичные смазки;
- смазочно-охлаждающие жидкости и другие.
Моторные масла работают в очень тяжелых условиях, непрерывно подвергаясь при значительных перепадах температур механическим нагрузкам, контактируя с продуктами сгорания топлива и кислородом воздуха.
Моторное масло — это важный элемент конструкции двигателя. Оно может длительно и надежно выполнять свои функции, обеспечивая заданный ресурс двигателя, только при точном соответствии его свойств тем термическим, механическим и химическим воздействиям, которым масло подвергается в смазочной системе двигателя и на поверхностях смазываемых и охлаждаемых деталей. Взаимное соответствие конструкции двигателя, условий его эксплуатации и свойств масла — одно из важнейших условий достижения высокой надежности двигателей.
Современные моторные масла должны отвечать многим требованиям, главные из которых перечислены ниже:
- высокие моющая, диспергирующе-стабилизирующая пептизирующая и солюбилизирующая способности по отношению к различным нерастворимым загрязнениям, обеспечивающие чистоту деталей двигателя;
- высокие термическая и термоокислительная стабильности позволяют использовать масла для охлаждения поршней, повышать предельный нагрев масла в картере, увеличивать срок замены;
- достаточные противоизносные свойства, обеспечиваемые прочностью масляной пленки, нужной вязкостью при высокой температуре и высоком градиенте скорости сдвига, способностью химически модифицировать поверхность металла при граничном трении и нейтрализовать кислоты, образующиеся при окислении масла и из продуктов сгорания топлива;
- отсутствие коррозионного воздействия на материалы деталей двигателя, как в процессе работы, так и при длительных перерывах;
- стойкость к старению, способность противостоять внешним воздействиям с минимальным ухудшением свойств;
- пологость вязкостно-температурной характеристики, обеспечение холодного пуска, прокачиваемости при холодном пуске и надежного смазывания в экстремальных условиях при высоких нагрузках и температуре окружающей среды;
- совместимость с материалами уплотнений, совместимость с катализаторами системы нейтрализации отработавших газов;
- высокая стабильность при транспортировании и хранении в регламентированных условиях;
- малая вспениваемость при высокой и низкой температурах;
- малая летучесть, низкий расход на угар (экологичность).
Трансмиссионные масла и пластичные смазки работают в среде с относительно постоянными температурами, давлением и нагрузками, поэтому они заметно дольше моторных масел не теряют нужных свойств. Любое современное масло состоит из масляной основы - "базы", определяющей его основные вязкостно-температурные характеристики, и "пакета присадок", при помощи которых базовому маслу придаются некоторые новые или улучшаются уже имеющиеся свойства, например моющие, антикоррозийные, противозадирные, антиокислительные и прочие. На протяжении уже более ста лет во всем мире, в качестве базовых масел используются минеральные масла. Моторные и трансмиссионные масла на минеральной основе до сих пор занимают несоизмеримо большую долю рынка, по сравнению с синтетическими продуктами.
Основное назначение пластичных смазок – уменьшение износа поверхностей трения для продления срока службы деталей машин и механизмов. Наряду с этим смазки выполняют другие функции. В отдельных случаях они не столько уменьшают износ, сколько упорядочивают его, предотвращая задир, заедание и заклинивание поверхностей трения. Смазки препятствуют проникновению к поверхностям трения агрессивных жидкостей, газов и паров, а также абразивных частиц (пыли, грязи и т.п.). Почти все смазки выполняют защитные функции, предотвращая коррозию металлических поверхностей. Благодаря антифрикционным свойствам смазки существенно уменьшают энергетические «затраты» на трение, что позволяет снизить потери мощности машин и механизмов.
Смазочно-охлаждающие технологические средства (СОЖ) являются обязательным элементом большинства технологических процессов обработки материалов резанием и давлением. Точение, фрезерование, сверление, шлифование и другие процессы обработки резанием стали, чугунов, цветных металлов и сплавов, неметаллических конструкционных материалов, штамповка и прокатка металлов характеризуется большими статическими и динамическими нагрузками, высокими температурами, воздействием обрабатываемого материала на режущий инструмент, штамповочное и прокатное оборудование. В этих условиях основное назначение СОЖ – уменьшить температуру, силовые параметры обработки и износ режущего инструмента, штампов и валков, обеспечить удовлетворительное качество обработанной поверхности. Помимо этого СОЖ должны отвечать гигиеническим, экологическим и другим требованиям, обладать комплексом антикоррозионных, моющих, антимикробных и других эксплутационных свойств.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему