Введение в химмотологию - Данилов А.М.

Автор: Данилов А.М.
Теги: физика химия механика топливо
ISBN: 5-93969-020-3
Год: 2003
Похожие
Физико-химическая технология глубокой переработки нефти и газа. Учебное пособие. Часть 1.
Технология глубокой переработки нефти и газа
Технология переработки нефти Ч.1. Первичная переработка нефти. Учебное пособие
Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение.
Текст
                    
A. M. Данилов
ВВЕДЕНИЕ
В ХИММОТОЛОГИЮ
Москва
2003
Эта книга посвящается памяти замечательных
советских ученых-химмотологов
Андрея Александровича Гуреева,
Владимира Владимировича Синицына,
Бориса Абрамовича Энглина,
с которыми автору посчастливилось работать
и у которых он многому научился
А. М. Данилов
Введение в химмотологию. — М.: Издательство «Техника».
ООО «ТУМА ГРУПП», 2003. - 464 с.
ISBN 5-93969-020-3
Рассмотрены основы химмотологии — науки, изучающей физико-химические превра-
щения горючесмазочных материалов в работающем двигателе, а также при их ipaiiciiop-
тировании и хранении. В кратком доступном виде изложены сведения о конструкции
двигателей и принципах их работы, рабочих процессах, проблемы, возникающие при
эксплуатации двигателей. Описаны состав и свойства топлив, масел, смазок и рабочих
жидкостей и их влияние на работу двигателей. Большое внимание уделено экологичес-
ким вопросам химмотологии.
Для специалистов, занимающихся производством и эксплуатацией горючесмазочных
материалов, и впервые знакомящихся с этой наукой. Книга будет полезна студентам, ас-
пирантам, инженерно-техническим работникам и преподавателям технических вузов.
Б8'	© А. М. Данилов, 2003
© Издательство «Техника». ООО «ТУМА ГРУПП», 2003
ВВЕДЕНИЕ
ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ХИММОТОЛОГИИ
Химмотология — наука, которая изучает физико-химические пре-
вращения горючесмазочных материалов (ГСМ) в работающем двигате-
ле, а также при их транспортировании и хранении. Ее название состоит
из корней позднелатинского языка: chimia — химия, motor — двигатель,
logia — наука. Как самостоятельная наука химмотология определилась в
середине XX столетия. Дал название этой науке и впервые сформулиро-
вал ее основные принципы советский ученый К. К. Папок.
Папок, Константин Карлович (1908-1977), доктор технических наук, про-
фессор. В 1931 г. окончил Московский нефтяной институт им. И. М. Губкина.
Работал вНИИ Гражданского воздушного флота и 25 НИИ МО РФ. Специа-
лист в области эксплуатационных свойств горюче-смазочных материалов.
В 1964 г. впервые ввел термин «химмотология» и определил эту науку как тео-
рию и практику рационального использования горючесмазочных материалов в
технике. Автор 33 монографий, в том числе популярной книги «Химмотология
топлив и смазочных масел», один из инициаторов и разработчиков системы
квалификационной оценки нефтепродуктов.
К. К. Папок сформулировал задачи химмотологии так:
—	обеспечение длительной, надежной и экономичной работы двига-
гелей и механизмов;
—	установление оптимальных требований к качеству топлив, сма-
ючных материалов и специальных жидкостей с учетом состояния и
перспектив развития техники;
-	снижение расхода ГСМ;
—	обеспечение своевременной унификации применяемых топлив,
смазочных материалов и специальных жидкостей.
В настоящёё'вре^кэтих'( задачам слЪдуездббавить ё|цёодну: улуч-
шение экологических характеристик ГСМ, а также двигателей, машин
и механизмов, в которых они используются. —	-
Оптимальноё'решение поставленных задач возможно только при
комплексном подходе: с одной стороны, путем совершенствования
гсхники, с другой — путем повышения качества ГСМ. С этой точки зре-
1ия объектами изучения химмотологии являются:
I)	двигатели, установки и протекающие в них процессы;
2)	топлива;
3)	смазочные материалы;
4)	технические жидкости (охлаждающие, тормозные);
5)	продукты сгорания топлив.
3
Проблемы, возникающие при разработке двигателей и ГСМ, отне-
сены к первичным; возникающие при эксплуатации двигателей и
ГСМ — к вторичным. Часто это выражают графически: в виде так на-
зываемых триады и тетрады. Первая характеризует взаимосвязь пер-
вичных проблем: двигатель — топливо — смазочный материал. Вто-
рая — включает в эту взаимосвязь и вторичные проблемы: двигатель —
топливо — смазочный материал — условия эксплуатации. Химмотоло-
гические триада и тетрада определили архитектонику этой книги. Каж-
дая глава книги соответствует одной из вершин тетрады. Исключение
составляет глава «Процесс», посвященная не только и не столько усло-
виям эксплуатации, сколько общим вопросам: от основ технической
термодинамики до экологических проблем работы двигателей.
Для всякой науки особый интерес представляет вопрос, насколько она важ-
на для современного общества. Актуальность химмотологии сегодня сомнений
не вызывает, но что нас ждет через 20, 30, 50 лет? Ответить на это можно, зная,
какими будут двигатели будущего и какое им понадобится топливо. Сейчас
топливо для двигателей внутреннего сгорания получают в основном из нефти.
Это удобно с технической точки зрения и выгодно с точки зрения экономичес-
кой. Но доступные человеку запасы нефти ограниченны. Многие убеждены,
что они иссякнут уже к середине XXI столетия. Хорошей альтернативой жид-
ким нефтяным топливам является природный газ. Он сравнительно недорог,
при сгорании образует гораздо меньше вредных продуктов, чем жидкие углево-
дороды. Запасы газа, особенно в России, в десятки раз превосходят запасы
нефти. Однако современные двигатели мало приспособлены для работы на га-
зе и требуют переоборудования. Кроме того, практически вся система топливо-
Рис. 1. Фактические данные (до
2000 г.) и прогноз структуры
мирового производства первичных
энергоисточников: 1 — уголь; 2 —
нефть; 3 — газ; 4 — гидроресурсы;
5 — ядерная энергия; 6 — прочие
обеспечения рассчитана для работы с
жидким топливом, а для перехода на газ
требуется создание новой инфраструкту-
ры. Поэтому не прекращаются разработки
жидких альтернативных топлив. К тако-
вым относятся искусственные жидкие
топлива из угля, газа, биомассы. Они
кратко рассматриваются в разделе 3.3.7.
Каковы бы ни были успехи в этом направ-
лении, при использовании альтернатив-
ных жидких топлив и даже газа многие
проблемы, которые изучает химмотоло-
гия, останутся. На рис. I представлен
прогноз Мирового Угольного института
на период до 2060 года. КГссрсдине XXI
века по-прежнему основную роль будут
играть нефть, газ и уголь и быстрыми тем-
пами будет расти производство ядерной и
нетрадиционных видов энергии. Есть
прогноз и для России (рис. 2). основу
4
юо
75
5R 50
25
0
1990 2000	2010	2020
Годы
Рис. 2. Фактические данные
(до 2000 г) и прогноз структуры
энергоисточников в России до
2020 г.: 1 — уголь; 2 — нефть;
3 — газ; 4 — гидроресурсы; 5 —
ядерная энергия; 6 — прочие
энергетики которой в обозримом периоде
будут по-прежнему составлять нефть и газ.
«Введение в химмотологию» адресо-
вано читателю, знающему основы хи-
мии, физики, двигателестроения, но
впервые оказавшемуся перед необходи-
мостью синтеза этих областей знания и
техники. Предполагается, что после этой
книги он будет готов к чтению других,
более обстоятельных и специальных ра-
бот. Для того чтобы выполнить постав-
ленную перед собой задачу, автор поста-
рался сделать изложение максимально
простым и доступным. В книге нет
сложных формул и уравнений, деталь-
ных чертежей, других подробностей,
отвлекающих от восприятия основного
материала. С целью удобочитаемости ав-
тор отказался от использования сокращений и специальных символов,
поскольку за редким исключением они затрудняют восприятие текста,
а места экономят не так уж много. Следуя пословице о том, что повто-
ренье — мать ученья, автор счел возможным в некоторых случаяхдопус-
тить повторение одного и того же материала в разных главах книги, но
всегда под немного другим углом зрения. Например, в первой главе при
описании конструкции поршневых двигателей даны общие принципы
их работы, а во второй главе эти принципы рассматриваются более под-
робно и повторяются некоторые сведения о конструкции двигателей.
Практически весь материал книги хорошо известен специалистам и
не требует подтверждения специальными ссылками на источник. В тех
случаях, когда автор приводит сведения, требующие ссылок, они даны
по тексту. В конце книги помещен перечень использованной и реко-
мендуемой литературы. Разумеется, он не является исчерпывающим.
В таблицах, пронумерованных римскими цифрами, содержится также
справочный материал, взятый из стандартов, официальных справочни-
ков и другой подобной документации.
При написании книги оказалось, что некоторые термины и понятия
не укладываются в рамки какой-либо одной главы. Например, такое
свойство, как вязкость, относится и к топливам, и к маслам, и к плас-
тичным смазкам. То же относится к явлениям трения, износа, корро-
зии. Поэтому в книгу включен словарь общих терминов — «Тезаурус»,
в котором материал рассматривается в наиболее общем виде без влия-
ния специфики главы.
5
Автор убежден, что изучение науки невозможно без знакомства с би-
ографиями ее основных творцов. Поэтому в книге приведено несколь-
ко десятков биографий инженеров, конструкторов и ученых, работав-
ших в области химмотологии и смежных дисциплин: теплотехники,
двигателестроения, нефтепереработки. Материал для биографических
справок взят из двухтомного «Энциклопедического словаря выдающих-
ся деятелей естествознания и техники» (Москва, 1959), биобиблиогра-
фических публикаций, энциклопедического словаря Брокгауза и Ефро-
на (основное издание, которое автор почитает за лучший энциклопеди-
ческий словарь, не превзойденный и по сию пору, несмотря на то, что
он неминуемо устарел), а также энциклопедий Britannica и Americana.
Отечественные энциклопедии советского периода, хотя и богаты био-
графическими справками, помогли мало. Наконец, о тех деятелях нау-
ки и техники, творчество которых пришлось на середину и вторую по-
ловину XX века, практически наших современников, таких как созда-
тель роторно-поршневого двигателя немецкий изобретатель Ф. Ван-
кель или основатель химмотологии советский ученый К. К. Папок, ав-
тор черпал сведения из периодической научной печати. В связи с этим
следует упомянуть продолжающуюся биографическую серию «Ученые-
химмотологи», издающуюся с 1991 г. 25 НИИ МО РФ и Российским го-
сударственным университетом нефти и газа им. И. М. Губкина.
Рукопись этой книги согласились просмотреть специалисты в об-
ласти химмотологии и смежных наук, с которыми автора связывает
многолетнее сотрудничество и которым автор выражает свою искрен-
нюю благодарность: Т. Н. Митусова (ОАО ВНИИНП), Л. А. Ашкинази
(ЗАО «Академия прикладных исследований», Санкт-Петербург),
В. Е. Емельянов (ВНИИНП), И. Ф. Крылов (РГУ нефти и газа
им. И. М. Губкина), С. Р. Лебедев (25 НИИ МО РФ), В. Ю. Маврин
(Казанский государственный химико-технологический университет),
Ю. А. Микутенок (ЦНИДИ, Санкт-Петербург), А. В. Орешенков (25
НИИ МО РФ), В. В. Соколов (НАМИ), В. Ф. Туровский (НИАТ),
В. А. Хавкин (ОАО ВНИИНП). Их замечания существенно улучшили
книгу. Своими достоинствами книга обязана перечисленным выше
добровольным рецензентам. Все недостатки — на совести автора.
6
1. ДВИГАТЕЛЬ
1.1. Классификация тепловых машин
Устройства, предназначенные для получения тепла при сгорании
1ОПДИВ, подразделяются на двигатели и котельные установки. Двигате-
||и преобразуют тепловую энергию сгорающего топлива в кинетичес-
кую энергию движения. Котельные установки используются для полу-
чения перегретого (с температурой выше 100°С под давлением) пара и
юрячей воды.
В зависимости от того, где сгорает топливо и выделяется энергия,
различают двигатели внутреннего и внешнего сгорания. В двигателях
нпутреннего сгорания тепло выделяется внутри камеры сгорания, где
сгорает смесь топлива с воздухом. В двигателях внешнего сгорания ци-
шндр с негорючим рабочим телом нагревается снаружи. В наше время
шигатели внутреннего сгорания составляют подавляющее большин-
 то. Ими оборудуются автомобили, тракторы, тепловозы, морские и
речные суда, самолеты, другие средства передвижения, строительные и
юрожные машины, а также малая техника: бензопилы, газонокосилки
и пр. Двигатели внутреннего сгорания устанавливаются и стационар-
но, например как дизель-генераторы для получения электрической
шсргии или дизель-насосы для перекачки нефти и газа. Двигатели с
внешним сгоранием сейчас используются редко, хотя некоторые моде-
1И рассматриваются как перспективные. К таким, например, относят-
• я двигатели Стирлинга.
В двигателях внутреннего сгорания процесс подачи и горения топ-
чина может быть периодическим (это поршневые и роторно-поршне-
вые двигатели) и непрерывным (двигатели ракетные, реактивные и га-
виурбинные).
Двигатели с периодическим процессом горения работают на бензине и
понес тяжелых топливах. Последние называются двигателями Дизеля
по имени их изобретателя. Бензиновые двигатели долгое время называ-
шсь карбюраторными по способу смесеобразования. Однако после
широкого распространения бес карбюраторных двигателей с впрыском
। ten шна это название перестало быть всеохватывающим. Нового обще-
lo названия пока нет. Часто встречается термин «двигатели, работаю-
щие по циклу Отто» — это цикл с принудительным воспламенением
предварительно сжатой горючей смеси. Впрыск бензина вбескарбюра-
шрных двигателях осуществляется гремя способами: 1) во впускной
ipvtionpoBOfl за дроссельную заслонку, регулирующую поток воздуха,
7
2) в трубопровод, но раздельно в область впускных клапанов или
3) прямо в цилиндры. В настоящее время наиболее распространен вто-
рой способ впрыска бензина — «на клапаны».
Двигатели, работающие на бензине, относятся к двигателям с
принудительным воспламенением, так как бензовоздушная смесь в ка-
мере сгорания воспламеняется от внешнего источника пламени — иск-
ры. В дизельных двигателях топливо воспламеняется от температуры,
развивающейся при сжатии воздуха в цилиндре, в который оно впрыс-
кивается в конце такта сжатия. Топливами в этом случае являются
среднедистиллятные и более тяжелые фракции нефти, температура са-
мовоспламенения которых сравнительно низка. Использовать бензи-
ны в двигателях типа Дизеля весьма проблематично.
Различают быстроходные и тихоходные дизельные двигатели.
t В первых используется топливо, которое обычно и называют дизель-
> ным, во вторых — более тяжелые сорта, вплоть до мазутов. Важной для
дизельных двигателей является классификация по способу смесеобра-
зования. По этому признаку дизели делятся на двигатели с неразделен-
ной, полуразделенной и разделенной камерами сгорания. В двигателях
с неразделенной камерой сгорания топливо, впрыскиваемое через
форсунки, в «полете» испаряется, смешивается с воздухом и воспламе-
няется. Такой способ смесеобразования называют объемно-струйным.
Полуразделенная камера сгорания имеет своеобразный «уголок», куда
впрыскивается топливо. Оно не успевает испариться полностью и до-
летает до горячих стенок, растекается по ним тонкой пленкой, интен-
сивно испаряется из пленки и также сгорает. Это пленочный способ, а
точнее, объемно-пленочный, поскольку часть топлива все-таки испа-
ряется в объеме камеры сгорания. В двигателях с разделенной камерой
сгорания кроме основной камеры имеется предкамера или вихревая
камера, куда впрыскивается топливо. Малая часть топливного заряда в
ней сгорает, а остальная с силой выталкивается продуктами сгорания в
основную камеру, где очень интенсивно перемешивается с воздухом и
уже сгорает окончательно. Каждый способ имеет преимущества и не-
достатки, которые влияют на жесткость работы двигателя и его эконо-
мические и экологические характеристики.
Топливо в поршневых двигателях сгорает порциями. Рабочий цикл
в них состоит из нескольких операций. Наиболее распространены че-
тырехтактные двигатели, в которых последовательно осуществляются
впуск топливной смеси (в дизелях — воздуха) в цилиндр, ее сжатие, за-
тем сгорание и расширение рабочих газов, толкающих поршень (рабо-
чий ход) и выброс отработавших газов из двигателя (выхлоп). Каждая
из этих четырех операций осуществляется за один ход поршня (такт).
Четырехтактные двигатели наиболее экономичны и имеют сравнитель-
но хорошие экологические характеристики.
8
Для повышения удельной мощности и упрощения конструкции
двигателя иногда объединяют в один такт по две операции: 1) впуск
топливной смеси и сжатие и 2) рабочий ход — выхлоп. Идея двухтакт-
ного двигателя заключается в отказе от двух «лишних» ходов поршня,
при которых он выполняет функции насоса: засасывание воздуха в ци-
линдр и выталкивание отработавших газов. Благодаря этому рабочий
цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала вместо двух и со-
ответственно возрастает мощность двигателя при одинаковом объеме
цилиндров. Теоретически она должна увеличиваться вдвое, но из-за
расходования мощности на работу системы продувки это увеличение
 оставляет 1,6—1,8 раза. Так как двухтактные ДВС имеют меньшие га-
оариты и массу по сравнению с четырехтактными, ими оборудуется ма-
ния техника (бензопилы, мотокультиваторы) и мелкие средства перед-
вижения: мотоциклы, снегоходы, моторные лодки. Кроме того, суще-
< гвуют мощные двухтактные дизельные ДВС, устанавливаемые на су-
пах морского флота, где четырехтактные двигатели аналогичной мощ-
ности были бы неимоверно громоздки. Разрабатываются и патентуют-
ся также двигатели с числом тактов больше четырех, но мы их не рас-
। матриваем.
Двигатели с непрерывным процессом горения делятся на ракетные,
реактивные и газотурбинные. Все они преобразуют тепло сгорающе-
। о топлива в кинетическую энергию газовой струи. Ракетными дв и га-
|слями принято называть такие, которые в качестве окислителя ис-
пользуют не воздух, забираемый из атмосферы, а химические реаген-
।i>i. запас которых хранится на борту транспортного средства. Они
автономны от окружающей среды и стабильно работают в безвоз-
iviiihom пространстве. Реактивные двигатели устанавливают на само-
н-гах. Фактически это газотурбинные двигатели с некоторыми осо-
бенностями конструкции, называемые реактивными для того, чтобы
подчеркнуть предъявляемые к ним жесткие требования по надеж-
ности и материалоемкости. Реактивные двигатели работают наболь-
ших высотах в разреженной среде, поэтому забираемый из атмосфе-
ры воздух необходимо дополнительно сжать. Для самолетов, летаю-
щих сравнительно невысоко и медленно, пригодны прямоточные
чвигатели, сжимающие воздух в диффузоре (сужении сечения воз-
iviiiHoro канала). В других двигателях воздух сжимается турбокомп-
рессорными установками. Такие двигатели называются турбореак-
1НШ1ЫМИ. Иногда они дополняются винтом, позволяющим увели-
чить тягу. В этом случае говорят о турбовинтовых двигателях. Газовые
।урбины могут служить в качестве двигателей на морских судах и дру-
। их транспортных средствах, а могут устанавливаться стационарно и
использоваться для получения электричества. Принцип работы газо-
вых турбин такой же, как и реактивных двигателей, но в конструкции
9
Рис. 3. Упрощенная классификация тепловых машин
имеются отличия, которые будут рассмотрены в соответствующих
разделах.
Котельные установки используются для получения горячей воды и
перегретого пара. Вода нужна как теплоноситель. Пар тоже можно
использовать в качестве высокотемпературного теплоносителя, но
<)аще его направляют в паровую турбину. Последняя свою энергию
вращения может передать судовому винту, то есть фактически высту-
пить в роли двигателя, а может вращать якорь электрогенератора, вы-
рабатывающий электроэнергию. В зависимости от целевого продукта
(пар или вода) котлы подразделяют на паровые и водогрейные. Они
различаются режимом работы и некоторыми особенностями
конструкции. Часто используются комбинированные пароводогрей-
ные котлы.
Такова упрощенная классификация тепловых машин. Схематичес-
ки она представлена на рис. 3.
10
1.2. Поршневые двигатели внутреннего
сгорания
1.2.1. Принципиальная схема поршневого двигателя
В поршневых двигателях энергия расширяющихся продуктов сгора-
ния топлива передается поршню, а через него — другим агрегатам дви-
пнсля. Для того чтобы требуемый процесс совершился, необходимо
подготовить топливо или горючую смесь, впустить в цилиндр, сжать,
Поджечь, получить полезную работу и выпустить из цилиндра ставшие
Ненужными продукты сгорания в виде отработавших газов. Несколько
Лгг назад судьба отработавших газов никого не волновала. Теперь же, с
ужесточением требований к чистоте выхлопа, их следует очистить от
1чксичных компонентов — «нейтрализовать». Блок-схема поршневого
питателя в общем виде представлена на рис. 4.
Помимо устройств, связанных непосредственно с получением и
преобразованием энергии, двигатели оборудуются системами смазки и
охиаждения, глушения шума и нейтрализации отработавших газов.
1.2.2. Двигатели с принудительным воспламенением
Карбюраторные двигатели. В 1799 г. французский изобретатель
I» Исбон (1767—1804) запатентовал двигатель, в котором в качестве
ииина предлагалось использовать светильный газ, воспламеняющий-
 • ч искры. Однако время (якобинская революция) не было благоск-
' !Н1о к открытиям и изобретениям, поэтому двигатель Лебона остал-
III к»лько в чертежах. Первый двигатель, получивший промышленное
применение, был изготовлен Н. А. Отто в 1876 г. — это был четырехта-
К11П.1Й двигатель, который, как и двигатель Лебона, использовал све-
1ШН.НЫЙ газ. Бензин в качестве топлива начали применять в самом
нище XIX века. Честь создания двигателя, работающего на жидком
нчншве, принадлежит немецкому инженеру Готлибу Даймлеру.
г*иа 4. Блок-схема поршневого двигателя внутреннего сгорания
Отто, Николаус Август (1832—1891) — немецкий конструктор. В 1876 г.
конструировал четырехтактный газовый двигатель. При этом он использовал
/дею французского инженера А. Бо де Роша о четырехтактном цикле со сжати-
ем. В 1884 г. предложил электрическое зажигание, что впоследствии позволило
применять в двигателях жидкое топливо. Через четыре года двигатель с искро-
вым зажиганием был создан и в России инженером О. С. Костовичем.
Костович, Огнеслав (Игнатий) Степанович (1851—1916) — сербский и рос-
сийский изобретатель. Жил в России с 1870 г., где занимался проектированием
подводной лодки, а затем строительством дирижабля. Эти замыслы остались
нереализованными, но при постройке дирижабля в 1888 г. Костович разработал
и изготовил первый отечественный двигатель с искровым зажиганием, приви-
легия на который была выдана в 1892 г. Однако более всего человечество обя-
зано Костовичу изобретением фанеры. Он придумал склеивать крест накрест
фанерки — тонкие деревянные пластинки (шпон) с целью придания им проч-
ности, одинаковой по всем направлениям. Полученный материал, названный
им арборитом, Костович предполагал использовать для постройки самолетов.
Даймлер, Готлиб (1834—1900) — немецкий инженер. Учился в Штуттгар-
тском Политехническом институте. Работал техническим директором завода
газовых моторов в Кельне, где в 1883 г. сконструировал четырехтактный двига-
тель, работающий на бензине с зажиганием от калильной трубки. Двигатель
имел два цилиндра и развивал мощность в три четверти лошадиной силы при
частоте вращения коленчатого вала 800 мин’1. Первая демонстрация экипажа с
этим двигателем состоялась в 1886 г. в Канштатте. Производство этих двигате-
лей было организовано Канштатгским акционерным обществом «Даймлер»,
которое со временем выросло в крупное двигателестроительное предприятие.
Сжатие рабочего тела оказывает огромное влияние на мощностные и эконо-
мические характеристики двигателя. Интуитивно это понимали уже создатели
первых двигателей: чем сильнее сожмешь пружину, тем больше энергии высво-
бождается при ее распрямлении. Тем не менее до двигателя Отто существовал
двигатель, работающий без предварительного сжатия смеси. Французский ин-
женер Леиуар предложил двигатель, в котором за один ход поршня выполня-
лось три такта: на первой трети хода — впуск горючей смеси, затем, после пе-
рекрытия клапана — воспламенение и рабочий ход, а в конце — выпуск отрабо-
тавших газов. Горение топлива начиналось при давлении, близком к атмосфер-
ному, давление продуктов сгорания не превышало 4 атм., а КПД двигателя был
меньше 4%. В настоящее время степень сжатия (отношение объема рабочего
тела в начале сжатия к его объему в конце) двигателей, работающих на бензи-
не, достигает 10, а дизельных составляет 16—21. Повышение степени сжатия
несет с собой и проблемы: в бензиновых двигателях возрастают требования к
октановому числу бензина; в дизельных степень сжатия ограничена проч-
ностью конструкционных материалов.
Как мы отметили выше, по способу смесеобразования двигатели,
работающие на бензине, подразделяются на карбюраторные и с
впрыском топлива. До недавнего времени на автомобилях устанавли-
вались исключительно карбюраторные двигатели, но в последнее вре-
12
Рис. 5. Система подготовки и впуска горючей смеси двигателя с
принудительным воспламенением: 1 — радиатор; 2 — воздушный фильтр;
3 — карбюратор; 4 — топливный бак; 5 — подкачивающий насос; 6 —
топливный фильтр; I — воздух; II — топливо; III — горючая смесь
мя они активно вытесняются более экономичными двигателями с
впрыском.
Система подготовки и впуска горючей смеси двигателя с принудитель-
ным воспламенением (рис. 5) включает в себя воздушную и топливную
части. Воздух забирается из атмосферы. На пути он слегка подогрева-
ется, омывая радиатор, и фильтруется. Затем он поступает в карбюра-
тор, где смешивается с подсасываемым бензином. Топливная система
двигателя включает в себя топливные баки, подкачивающий насос,
топливный фильтр, трубопроводы и карбюратор.
Топливные баки изготавливают из стали, а в последнее время часто и
из полиэтилена специальных марок с низкой топливопроницае-
мостью. При эксплуатации на дне бака скапливаются грязь и вода. По-
этому забор топлива осуществляется несколько выше уровня дна через
сетчатый фильтр. Содержимое топливного бака сообщается с атмосфе-
рой через горловину, в крышке которой иногда устанавливают клапан.
При расходовании бензина в баке создается разрежение и клапан про-
пускает в бак воздух. В жаркую погоду, когда бензин в баке нагревает-
ся, клапан не пропускает его пары наружу до определенного давления.
Неприятности возникают при заправке топливного бака при помощи
пистолета, вставляемого в открытую горловину. Вследствие высокой
иегучести бензина в надтопливном пространстве бака находится много
бензиновых паров. При заправке они вытесняются в атмосферу. Уста-
новлено, что в зависимости от климатических условий при заполнении
пустого резервуара из каждого его кубического метра вытесняется
0,2—0,6 кг бензина в виде паров. Если объем топливного бака легково-
го автомобиля 40 л и он был пуст наполовину, то при дозаправке будет
теряться от 4 до 12 г бензина. Для воздуха автозаправочной станции,
через которую проходят сотни автомобилей вдень, это немало. Поэто-
му разработаны и используются специальные улавливающие устрой-
ства. Схема такого устройства представлена на рис. 6. Она предусмат-
ривает применение заправочного пистолета с коаксиальным шлангом.
Пистолет манжетой герметично соединяется с горловиной бака. При
справке пары бензина по газовой линии пистолета возвращаются в
13
Рис. 6. Схема улавливания паров бензина при заправке автомобиля (а) и
заправочный пистолет с манжетой (б): 1 — автомобиль; 2 — заправочная
колонка; 3 — заправочный пистолет; 4 — подземная емкость; I — бензин;
II — пары бензина
колонку и оттуда — в подземную цистерну. Возможен вариант, при ко-
тором пары бензина отсасываются насосом. В этом случае герметично-
го соединения пистолета с баком не требуется.
Топливопроводы изготавливают металлическими (из стали, меди, ла-
туни) или из полимеров, стойких к углеводородам, — полиамидов,
фторэластомеров и пр. Участки металлических трубопроводов, в кото-
рых возможно их смещение, выполняют из топливостойкой армиро-
ванной резины. При подборе материалов трубопроводов следует учи-
тывать их проницаемость для углеводородов. Например, через полиа-
миды пары топлива диффундируют быстрее, чем через тефлон.
Топливные фильтры бензиновых двигателей имеют различную
конструкцию. Топливозаборник оборудуется сетчатым фильтром. На
большегрузных автомобилях перед топливным насосом часто устанав-
ливают фильтры-отстойники, обеспечивающие грубую очистку топли-
ва. Тонкая очистка бензина перед карбюратором обеспечивается сетча-
тыми фильтрами или микрофильтрами с картонными фильтрующими
элементами (рис. 7). Характеристикой фильтра является тонкость отсе-
ва, то есть размер пор, через кото-
рые могут проходить частицы ме-
ханических загрязнений. Бензи-
новые фильтры из никелевых се-
ток муарового плетения имеют
тонкость отсева 20—40 мкм, кар-
тонные микрофильтры — 5—15
мкм. В процессе эксплуатации
фильтр постепенно забивается и
сопротивление, которое он оказы-
вает потоку топлива, увеличивает-
ся. Когда противодавление стано-
вится слишком большим, фильтр
требует очистки или замены. Это
Рис. 7. Топливный микрофильтр: 1 —
корпус; 2 — фильтрующий элемент.
Стрелками указано направление
движения топлива
14
происходит тем быстрее, чем выше загрязненность топлива и хуже со-
• ншние топливного бака. Забивке фильтра способствуют также содер-
। .пииеся в топливе смолы. На случай, если пропускная способность
Фильтра резко ухудшится во время работы двигателя, предусмотрены
। айпасы: обходные линии, позволяющие подавать топливо напрямую,
•ншуя фильтр. Бесперебойности работы (то есть безопасности движе-
ния) отдается предпочтение перед заботой о техническом состоянии
। шпателя.
Карбюратор — смесительное устройство, принцип действия которо-
। и основан на разности давлений в смесительной и поплавковой каме-
I1 IX, вызывающей подсасывание бензина в смесительную камеру. Его
прощенная принципиальная схема представлена на рис. 8. Это так на-
ываемый элементарный карбюратор. Запас топлива в карбюраторе
папится в поплавковой камере (1). Требуемый уровень топлива регу-
шруется поплавком (2), соединенным с игольчатым клапаном (3), ко-
"•рый при необходимости перекрывает подачу топлива от топливного
п:оса. Поплавковая камера трубкой — жиклером (4) — соединена со
и’сительной камерой (5). Через эту камеру проходит поток воздуха,
ишраемого из атмосферы, за счет чего давление в смесительной каме-
меньше, чем в поплавковой. Благодаря разности давлений в смеси-
ньную камеру через жиклер подсасывается топливо. Чем больше ско-
> < ть потока, тем подсос интенсивней. Поток воздуха ускоряют, уста-
навливая на его пути диффузор (6). Кроме того, скорость потока регу-
труется дроссельной заслонкой (7), которую водитель открывает тем
ьодыие, чем больше мощности требуется от двигателя. Бензовоздуш-
иии смесь поступает во впускной коллектор (8). Таким образом, состав
и количество горючей смеси во многом зависят от работы заслонки.
Однако в процессе работы на ней
г*ис 8. Упрощенная принципиальная
о кома карбюратора (элементарный
карбюратор): 1 — поплавковая камера;
i — поплавок; 3 — игольчатый клапан;
4 — жиклер; 5 — смесительная камера;
• — диффузор; 7 — заслонка; 8 —
впускной трубопровод
могут образовываться смолистые
отложения, формируемые смола-
ми, содержащимися в бензине,
частицами масла и продуктами
сгорания топлива, попадающими
в карбюратор при использовании
схемы рециркуляции картерных
газов. Уменьшение образования
смолистых отложений достигает-
ся повышением стабильности
топлива и введением в него мою-
щих присадок. В межсезонный
период при большой влажности
воздуха и температуре, близкой к
нулю, на заслонке карбюратора
is
может образовываться также слой льда — за счет замерзания влаги воз-
духа. Для предотвращения обледенения заслонки применяются либо
конструктивные усовершенствования, либо антиобледенительные
присадки. Отложения любого рода препятствуют нормальному движе-
нию заслонки, ее полному закрыванию и тем самым влияют на мощно-
стные и экономические характеристики двигателя.
Рассмотренный выше элементарный карбюратор пригоден лишь
для объяснения процесса карбюрации. В действительности это гораздо
более сложное устройство, обеспечивающее приготовление оптималь-
ной смеси на разных режимах работы.
Система рециркуляции картерных газов. В картере четырехтактного
двигателя над поверхностью масла, помимо масляных паров, скапли-
ваются пары проникшего в картер топлива и продуктов его неполного
сгорания, смешанные с воздухом. Они загрязняют масло, поэтому кар-
тер «вентилируется»: топливные пары естественным или принудитель-
ным образом отсасываются наружу. С 1963 г. по предложению Кали-
форнийского агентства по защите окружающей среды картерные газы
добавляют к воздуху, забираемому из атмосферы, и вновь направляют в
двигатель. Для этого картер соединяют с воздухоочистителем или кол-
лектором системы всасывания. Данный прием позволяет примерно на
20% снизить выбросы углеводородов в атмосферу. Однако работа кар-
бюратора при этом протекает в более жестких условиях: картерные га-
зы несут с собой частички масла и продукты неполного сгорания топ-
лива. Это приводит к повышенному смолообразованию на заслонке
карбюратора и нарушению ее свободного перемещения. В результате
наблюдается перерасход бензина, а двигатель дымит. Первыми с этим
явлением столкнулись таксисты Калифорнии — штата, который был
пионером рециркуляции картерных газов. Решение проблемы было
найдено сравнительно быстро: появились моющие присадки, приме-
нение которых в США постепенно стало обязательным.
Впускной коллектор — труба, по которой движется топливовоздуш-
ная смесь от карбюратора к цилиндрам. Эта смесь состоит из воздуха,
топливных паров и мельчайших капель неиспарившейся части топлива.
Более крупные капли оседают на поверхности трубопровода и в виде
тонкой пленки движутся по ней, увлекаемые общим потоком. Скорость
движения пленки меньше, чем скорость движения паров, за счет чего во
впускном трубопроводе наблюдается явление, называемое фракциони-
рованием. Более легкие фракции бензина доходят до удаленных от кар-
бюратора цилиндров, а более тяжелые поступают в ближние цилиндры..
Фракционирование топлива — явление нежелательное, поскольку фи-
зико-химические характеристики легких и тяжелых фракций топлив!
различны и, следовательно, различны процессы воспламенения и горе-
ния такого фракционированного топлива в разных цилиндрах. Эт<
16
прежде всего касается такой важной характеристики, как антидетона-
ционные свойства. Для того чтобы компенсировать эффект фракцио-
нирования, используют бензин с октановым числом несколько выше
требуемого, а также следят, чтобы октановые числа легких и тяжелых
фракций бензина не слишком различались между собой.
С фракционированием топлива борются конструктивными метода-
ми: уменьшают длину впускного трубопровода, подогревают некото-
рые его участки, устанавливают несколько карбюраторов, равномерно
располагая их по длине трубы. Однако полностью устранить это явле-
ние удается путем отказа от карбюратора и применения системы
впрыска бензина.
Рециркуляция отработавших газов начала широко использоваться в
ЮКО-е годы. Ее суть заключается в том, что часть отработавших газов
(обычно около 10% от всего их объема) примешивается к топливовоз-
чушной смеси. Этот прием позволяет снизить эмиссию оксидов азота
ы счет снижения температуры в камере сгорания: отработавшие газы
имеют более высокую теплоемкость, чем топливовоздушная смесь.
Метод широко распространен в современных двигателях, работающих
по циклу Отто. Система рециркуляции отработавших газов включает
Фубопровод, отводящий часть отработавших газов из выпускной тру-
пы к впускному трубопроводу. В двигателе с карбюратором рециркули-
руемые газы подаются за дроссельную заслонку. Это делается для того,
•побы не мешать процессу смесеобразования в карбюраторе, и позво-
।нет регулировать количество рециркулируемых газон. При рециркуля-
ции отработавших газов существенно ухудшаются условия работы
|ггалей топливной аппаратуры, особенно впускных клапанов. Неста-
ипиьные продукты неполного сгорания участвуют в образовании отло-
жений на клапанах.
Впускные и выпускные клапаны (рис. 9) — устройство впуска топли-
попоздушной смеси в цилиндры. Это прецизионная пара, содержащая
подвижную часты шток с головкой клапана и неподвижную — седло, к
которому пружиной плотно прижимается головка клапана. Клапаны
выходят в камеру сгорания, и плоские головки клапанов составляют
чисть верхней поверхности камеры сгорания, занимающей от 35 до 70%
се площади. Условия работы впускных и выпускных клапанов сильно
рп сличаются. Через выпускные клапаны проходят отработавшие газы с
температурой 900—1100°С и скоростью 400—600 м/с. Головки клапанов
при этом нагреваются до 800—850°С (в карбюраторных двигателях, а в
днтельных двигателях — до 500—650°С). В таких условиях на клапанах
может образовываться нагар, возможны коррозия и коробление рабо-
чей поверхности. Уменьшить нагарообразование можно, улучшая про-
цесс горения. Что касается впускных клапанов, то, хотя они находятся
и более легких условиях, их состояние сильно зависит от качества топ-
17
1-19
Рис. 9. Схема клапана:
а — камера сгорания; б —
трубопровод; 1 — головка
клапана; 2 — стержень (шток);
3 — направляющие втулки;
4 — седло; 5 — фаска
лива и режима работы топливной аппа-
ратуры. Уязвимым местом впускного
клапана является сопряжение седло —
фаска головки клапана. В двигателях с
разделенным впрыском бензина и ре-
циркуляцией отработавших газов на
клапане образуются губчатые отложе-
ния, толщина которых иногда превыша-
ет 2 мм. Они препятствуют полному
прилеганию фаски к седлу при закры-
тии клапана. В результате бензовоздуш-
ная смесь подтекает в цилиндр в про-
цессе рабочего хода и выхлопа. Это при-
водит к неполному сгоранию топлива и
ухудшению мощностных и экологичес-
ких характеристик двигателя. Затрудня-
ется также холодный пуск двигателя.
Второй особенностью является износ седел клапанов, наблюдаемый в
некоторых случаях при переходе с этилированного на неэтилирован-
ный бензин. В старых моделях двигателей седла клапанов делали из
мягкой стали, а их износ предотвращался наличием в бензине свинец-
содержащих антидетонаторов — соединения свинца характеризуются
хорошими противоизносными свойствами. При работе на неэтилиро-
ванном бензине износ седел клапанов достигает существенных вели-
чин. Эта проблема решена путем изготовления клапанов из более твер-
дых сталей. Владельцам старых автомобилей предлагаются специаль-
ные противоизносные присадки. В зарубежной практике для этого ис-
пользуют соединения щелочных металлов в концентрации, не превы-
шающей нескольких миллионных долей на металл. Еще одним «боль-
ным» местом впускных клапанов является уплотнение между стержня-
ми клапанов и направляющими втулками. Если оно работает неэффек-
тивно, то в камеру сгорания подтекает смазочное масло, активно участ-
вующее в образовании отложений.
Цилиндропоршневая группа (ЦПГ) (рис. I0). Это важнейший узел
двигателя, где происходит сгорание топлива и превращение тепловой
энергии в механическую. ЦПГ состоит из неподвижной части — ци-
линдров и подвижной — поршней. Цилиндры обычно изготавливают в
виде блоков по 2, 3, 4 и более. Это позволяет уменьшить вес и габари-
ты двигателя. В цилиндры часто запрессовывается втулка, называемая
гильзой и выполняющая роль внутренних стенок, по которым скользит
поршень. Втулки изготавливаются из серого или легированного чугуна
с хорошими антифрикционными свойствами. Верхняя часть цилиндра
ограничена крышкой блока цилиндров и вместе с днищем поршня сос-
I8
| ч<:. 10. Схема цилиндро-
поршневой группы ДВС:
। цилиндр; 2 — поршень,
1 свеча зажигания (форсунка
ч дизельном двигателе); 4 —
опускной клапан; 5 — выпускной
кплпан;а — камера сгорания;
п картер
тавляет камеру сгорания. Нижняя часть
цилиндра открыта в картер. Устройство
цилиндров двухтактного двигателя
имеет особенность. В них выполняются
впускное и выпускное окна, причем
впускное окно каналом соединено с
картером.
Принцип объединения цилиндров дви-
гателя (паровой машины) в блоки по два и
более был впервые предложен в 1763 г. рус-
ским изобретателем И. И. Ползуновым. До
него использовались исключительно одно-
цилиндровые машины прерывного дей-
ствия. Изобретение Ползунова позволило
сбалансировать машину, не используя гро-
моздкого маховика, а главное — обеспечить
ее непрерывную работу.
Ползунов, Иван Иванович (1728— 1766) —
русский теплотехник. Работал механиком и
техником на Уральских и Колыванских (Ал-
тай) заводах. Устройство паровых машин и
основы теплотехники изучил самостоятель-
но, пользуясь богатой библиотекой завода в
Барнауле. Здесь же познакомился с теорией
тепла М. В. Ломоносова. В 1763 г. предста-
вил начальству Колыванско-Воскресенских
заводов проект универсального парового
двигателя, который лег в основу установки
и. >/шчи воздуха в плавильные печи. Установка была пущена в работу уже после
черти Ползунова и проработала в течение нескольких лет, принося ощутимую
щшбыль, но впоследствии была заброшена.
При работе на деталях двигателя — боковой поверхности поршня,
|ц||ьзе цилиндра, в канавках поршневых колец — образуются отложе-
ния, переходящие в нагар. Они являются результатом окисления мас-
1.1. Их тем больше, чем ниже термоокислительная стабильность масла
и хуже его моющие свойства. Отложения в канавках поршневых колец
ыгрудняют ход поршня и являются причиной ускоренного износа
нльзы цилиндра.
Поршень (рис. 11) выполняется в виде металлического стакана, дни-
ще (1) которого обращено к камере сгорания. Толщина днища в зави-
i пмости от размеров и конструкции поршня равняется 10—30 мм. Из-
нутри оно укрепляется ребрами жесткости (на рисунке не видны). Бо-
ковая поверхность поршня делится на уплотняющую и направляющую
19
Рис. 11. Поршень: 1 — днище; 2 —
канавки для компрессионных
поршневых колец; 3 — канавки для
маслосъемных колец; 4 — отверстия
для перелива масла; 5 — бобышки для
поршневого пальца; а — уплотняющая
часть; б — напрввляющая часть
(юбку) части. Уплотняющая часть
(а) расположена в верхней части и
вместе с днищем образует головку
поршня. Она принимает на себя
основную температурную нагруз-
ку и должна обеспечить требуе-
мую компрессию, то есть давле-
ние в цилиндре при помощи
компрессионных поршневых ко-
лец. Направляющая часть (б) на-
чинается ниже верхнего мас-
лосъемного кольца. Она прини-
мает на себя боковые нагрузки,
создаваемые колебательными
движениями шатуна и поэтому
подвержена деформации и повы-
шенному износу. У днища стенки
поршня толще, а стенки направ-
ляющей части тоньше. В поршне выполнены канавки для поршневых
колец: ближе к головке поршня — для компрессионных (газоуплотни-
тельных), ниже — для маслосъемных. Размеры поршня должны соот-
ветствовать внутреннему диаметру втулки цилиндра, но с небольшим
зазором, чтобы при тепловом расширении в работающем двигателе
поршень не заклинило в цилиндре. По этой же причине диаметр порш-
ня у днища, которое нагревается сильнее всего, немного меньше, чем в
направляющей части. Необходимое уплотнение пары поршень — ци-
линдр обеспечивается поршневыми кольцами. Они препятствуют про-
рыву продуктов сгорания в картер и попаданию масла в камеру сгора-
ния. Являясь промежуточным звеном между гильзой цилиндра и
поршнем, они также осуществляют теплоотвод от поршня. При хоро-
шей центровке стенки поршня не касаются гильзы цилиндра — весь
контакт обеспечивают кольца.
Поршневые кольца (рис. 12) устанавливают в специальных канавках,
проделанных в поршне. Ближе к камере сгорания располагаются комп-
рессионные кольца; на больших двигателях их число может достигать
пяти и даже более. Внизу — одно или несколько маслосъемных колец:
выше и ниже поршневого пальца. Компрессионные кольца имеют пря-
моугольное или трапецеидальное сечение, у маслосъемных колец про-
филь сложнее. Кроме того, в них просверлены сквозные отверстия для
перепуска снимаемого со стенок цилиндра масла внутрь поршня. Со-
ответствующие отверстия сверлятся и в самом поршне. От поршневых
колец требуются высокая износостойкость и упругость. Их изготавли-
вают из мелкозернистого фосфористого чугуна и хромируют. Кольца
20
не являются сплошными, а
имеют разрез и устанавлива-
ются с зазором. Он необходим
для того, чтобы расширивше-
еся при нагревании кольцо не
заело в цилиндре. Величина
зазора зависит от размеров
поршня и у не очень больших
двигателей составляет доли
миллиметра. Место, где кон-
цы поршневого кольца схо-
дятся в зазоре, называют зам-
ком. В бензиновых двигателях
| >и:, 12. Поршневое кольцо и типы замков: обычно устраивают прямой
' прямой; 2 - косой; 3 - ступенчатый замок, но для улучшения
। импрессии он может быть скошенным и ступенчатым. Если кольцо
ш-плотно сходится в замке, то через зазоры прорываются газы, вслед-
। пне чего компрессия снижается. В процессе работы поршневые коль-
 I I изнашиваются и под ними в канавках откладывается нагар. При
пшышенном износе увеличиваются прорыв газов в картер и расход
ила. Нагар грозит залеганием поршневых колец — потерей их упру-
II ги — и тоже приводит к снижению компрессии в цилиндре. При
>|ц,шом количестве нагара кольца начинают выступать над поверх-
ностью поршня и с силой трутся о стенки цилиндра, вызывая их уско-
ренный износ.
В процессе работы двигателя поршневые кольца естественным об-
।i.i юм передвигаются в канавках. Это способствует их равномерному
и июсу и лучшей компрессии в цилиндре. Однако в двухтактных двиra-
il них кольца специально стопорятся, чтобы избежать поломки колец,
возможной в том случае, когда замок кольца попадает на край впускно-
н> или выпускного окна.
Камера сгорания — пространство, заключенное между днишем
поршня, находящегося в верхней мертвой точке, и головкой блока
(крышкой) цилиндров. Часто она располагается в выемках, сделанных
н днище поршня или крышке цилиндра. В камере сгорания располо-
жены клапаны и свечи зажигания, здесь же происходит воспламене-
ние и горение топлива. Очень важны форма камеры сгорания и мате-
риал, из которого изготовлены ограничивающие ее крышка цилиндра
и поршень. На первый взгляд наиболее оптимальной является Шаро-
на» форма камеры, в центре которой расположена свеча. В этом случае
фронт пламени от свечи распространяется равномерно во все сторо-
ны, и сгорание происходит более плавно. Однако в такой камере соз-
наются плохие условия для турбулизации горючей смеси, которая не-
21
4
обходима для быстрого горения. Поэтому
распространение получили камеры дру-
гих форм: полусферической, шатровой,
клиновидной. На рис. 13 изображена схе-
ма клиновидной камеры сгорания, кото-
рой оборудуются двигатели ряда автомо-
билей, в частности ЗИЛ-130. Ее характер-
ной особенностью являются расположе-
ние клапанов (под углом) и свечи зажига-
ния (в центре широкой части клина).
При такой компоновке в наиболее уда-
ленной от свечи части камеры сгорания
находится сравнительно немного топли-
ва. Это сильно снижает опасность дето-
нации. Кроме того, в камере клиновид-
Рис. 14. Свеча зажигания:
1 — фарфоровый
изолятор; 2 — электроды;
а — искровой промежуток
Рис. 13. Клиновидная камера
сгорания бензинового
двигателя: 1 — поршень;
2 — трубопровод; 3 — клапан;
4 — свеча
ной формы создаются благоприятные условия для вихревого движе-
ния заряда.
Материал поверхностей камеры сгорания должен отличаться высо-
кой теплопроводностью для того, чтобы снизить максимальную темпе-
ратуру горения и соответственно опасность детонации. Лучшим мате-
риалом являются алюминий и его сплавы. В тех случаях, когда по
конструкционным соображениям это невозможно, выбирают чугун.
Свечи зажигания (рис. 14) — устройства для получения запальной
искры в бензиновом двигателе. Они ввинчиваются в головку цилинд-
ра. Основной частью свечей являются электроды, через которые в
требуемые моменты проскакивает искра.
Электроды установлены в керамическом те-
ле — изоляторе. Зазор между ними (искро-
вой промежуток) составляет 0,5—1,0 мм. Чем
больше зазор, тем выше требования к чисто-
те свечи и выше должно быть напряжение.
Зато при этом двигатель стабильнее работает
на малых нагрузках и холостых оборотах.
При слишком маленьком зазоре искра появ-
ляется безотказно, но смесь не успевает
воспламениться. Существует оптимальная
температура, при которой работа свечи обес-
печивается наилучшим образом. Она лежит в
области 500—800°С — при этой температуре
выгорает нагар, образующийся на свече. При
нормальной работе свечи остаются чистыми
довольно длительное время, на них только
может образовываться тонкий налет сажи,
22
не оказывающий влияния на их работу. При плохом сгорании топли-
i .i на свечах откладывается нагар. Он представляет собой кокс несго-
 -пшего топлива, а при использовании металлсодержащих присадок,
। роме того, золу — оксиды и сульфаты металлов. Опасность закоксо-
вывания свечей увеличивается, если бензин содержит антидетонаци-
"ппые присадки на основе железа или марганца. При низкой темпе-
I'.i гуре (пуск двигателя) свечи могут также забрызгиваться неиспарив-
'ППмся топливом и маслом, проникающим в камеру сгорания.
I инструкция свечей зажигания различается в зависимости от рабочей
|. мпературы, на которую они рассчитаны. Свечи характеризуются
>. называемым калильным числом, условной величиной, определя-
1ой по среднему индикаторному давлению, при котором возникает
пильное зажигание (см. раздел 2.3.2.). Опасность калильного зажи-
1.И111Я возникает при температуре выше 800°С. Таким образом, важна
ццгепсивность теплоотвода от свечи. Для отвода тепла путь один: к
। и'пкам двигателя от нижней части электрода свечи, находящегося в
। .>мере сгорания. Если она короткая, то тепло отводится быстро, а та-
 hi свеча называется холодной. При длинной нижней части свечи
н пло должно пройти большее расстояние, теплоотвод не столь эф-
ч-ктивен, и свеча называется горячей. Выбор типа свечи определяет-
' тепловым режимом в камере сгорания, который, в свою очередь,
писит от конструкции двигателя, условий его работы, температуры
। ружающей среды и т. д.
11а двигателях, где теплоотвод из камеры сгорания затруднен (двух-
цветные двигатели, двигатели с воздушным охлаждением) устанавлива-
ют холодные свечи с более высоким калильным числом.
Двигатели с непосредственным впрыском бензина. Как мы отметили
выше, недостаток карбюраторных двигателей заключается во фракци-
онировании топлива во впускном трубопроводе, которое приводит к
|<>му, что в разные цилиндры поступает топливовоздушная смесь с раз-
ными характеристиками. Этот недостаток устраняется раздельной по-
тней бензина в цилиндры или впускной трубопровод путем впрыска
через специальные форсунки. Идея двигателей с непосредственным
впрыском не нова. Такие двигатели со времен братьев Райт устанавли-
ваются на поршневых самолетах, работающих на бензине: в отличие от
карбюраторных двигателей надежность их работы не зависит от ориен-
тации в пространстве1. Техническое осуществление впрыска бензина
непосредственно в цилиндры — задача сложная. Она упрощается, если
бензин впрыскивать не в цилиндры, а во впускной тракт. Возможны ва-
'На автомобилях двигатели с непосредственным впрыском бензина в цилиндры
впервые установлены в 1954 г. фирмой Мерседес-Бенц — это был спортивный автомо-
Гиии, 300-SL.
23
рианты: впрыск в непосредственной близости от впускных клапанов
(уже упоминавшийся нами впрыск «на клапаны») и в начало трубопро-
вода в некотором удалении от клапанов. На практике наиболее распро-
странен впрыск «на клапаны».
Заметим все же, что, по мнению многих специалистов, преимущества дви-
гателей с непосредственным впрыском топлива в цилиндры настолько велики,
что решение возникающих при конструировании двигателей проблем имеет
смысл. Такие двигатели весьма перспективны в недалеком будущем.
Впрыск бензина осуществляется под давлением 1—3 МПа
(10—30 атм) во впускной трубопровод за дроссельную заслонку, регули-
рующую поток воздуха. Впрыск может осуществляться по постоянно-
му или периодическому способам. Постоянный заключается в подаче
бензина во впускной трубопровод, из которого горючая смесь подсасы-
вается в цилиндры при открытии клапанов. Более распространен
периодический впрыск, который осуществляется через форсунки.
Они имеют менее сложную конструкцию, нежели форсунки дизельно-
го двигателя и часто оборудуются электромагнитным клапаном. Схема
такой форсунки представлена на рис. 15. Внутри нее находится элект-
ромагнит, который включается с определенной периодичностью. При
включении он подтягивает заслонку клапана, соединенную с ним пру-
жиной.
Наиболее эффективен уже упоминавшийся впрыск бензина непос-
редственно в цилиндры, который обеспечивает равномерность состава
горючей смеси во всех цилиндрах. Так как при впрыске в цилиндр на
смесеобразование отводится очень мало времени, важно, чтобы бензин
распыливался как можно тоньше. Это достигается увеличением давле-
ния впрыска до 5 МПа, иногда более.
Впрыск бензина имеет ряд преимуществ. Устраняется фракциони-
рование топливовоздушной смеси во впускном трубопроводе и дости-
гается равномерное распределение топлива по всем цилиндрам. Всле-
дствие этого требования к октановому числу бензина снижаются. При
одной и той же степени сжатия в двигателе может использоваться бен-
зин с меньшим октановым числом. Благодаря отсутствию гидравли-
ческих потерь в карбюраторе и снижению подогрева топлива во впуск-
ном трубопроводе увеличивается коэффициент наполнения цилиндра.
Процесс сгорания в двигателе с впрыском организован лучше, что поз-
воляет примерно на 15% повысить мощность двигателя с одновремен-
ным снижением расхода топлива на 10—15% и улучшить пусковые
качества холодного двигателя. Есть еще одно достоинство двигателей с
впрыском, которое оказало решающее влияние на их распространение.
Когда на автомобилях начали устанавливать каталитические нейтрали-
заторы отработавших газов, то обнаружилось, что их эффективная ра-
24
f и« 15. Схема
•пик громагнитной
форсунки: 1 — корпус;
I магнит; 3 — пружина;
4 клапан; 5 — седло
бота обеспечивается лишь при строго опреде-
ленном соотношении воздуха и топлива в го-
рючей смеси, близком к стехиометрическому;
Карбюраторы такой тонкой регулировки обес-
печить не могли, поэтому установка дорогого
катализатора оказывалась бесполезной.
Впрыском бензина управлять гораздо легче.
Он допускает применение быстрой обратной
связи и дозирование подачи топлива электрон-
ной системой управления. Недостаток двига-
телей с впрыском бензина заключается в слож-
ной регулировке на переменных режимах.
Однако с внедрением системы электронного
управления впрыском этот недостаток устра-
няется.
Особенности конструкции и работы четы-
рехтактного и двухтактного двигателей. В че-
тырехтактном двигателе каждому ходу поршня
(такту) соответствует одна операция. Пос-
кольку все операции замкнуты в цикл, их
можно рассматривать с любого момента, нап-
ример с момента впуска горючей смеси (рис. I6). Освободив цилиндр
<|| продуктов сгорания, поршень движется от верхней мертвой точки
I н.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), создавая разрежение и засасы-
I'iih горючую смесь через открытый впускной клапан (а). Дойдя до
и мл., поршень меняет направление движения, впускной клапан зак-
рывается, и при обоих закрытых клапанах осуществляется сжатие сме-
। и (б). При нахождении поршня возле в.м.т. сжатая бензовоздушная
। мссь воспламеняется от искры. Расширяющиеся продукты сгорания
ныкают поршень вниз, совершая рабочий ход (в). Дойдя до н.м.т., пор-
шень меняет направление и, двигаясь вверх при открытом выпускном
► папане, выталкивает отработавшие продукты сгорания в выпускной
(рубопровод (г). Процесс возвращается к своему началу.
В двухтактном двигателе рабочий цикл совершается за два хода
поршня (рис. 17). Первому соответствуют рабочий ход и выхлоп, вто-
рому — впуск и сжатие. Конструктивно цилиндр (1) и картер (2) двух-
।aктного двигателя представляют собой сообщающуюся через перепу-
। кпой канал (3) систему, разделенную поршнем (4). В отличие от четы-
рехтактного, картер двухтактного двигателя не содержит масла («сухой
картер»). Зато в него из карбюратора поступает бензовоздушная смесь.
В нижней части гильзы цилиндра проделаны выпускное (5) и впускное
(6) окна, закрываемые поршнем в процессе сжатия и рабочего хода.
При нахождении поршня вблизи в.м.т. начинается рабочий ход («), в
25
Рис. 16. Схема работы четырехтактного двигателя: а — впуск (поршень движется
от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан открыт); б — конец сжатия (поршень дошел до
в.м.т., оба клапана закрыты); в — конец рабочего хода (поршень дошел до н.м.т.,
оба клапана закрыты); г — выпуск (поршень движется от н.м.т. к в.м.т.,
выпускной клапан открыт). Остальные обозначения как на рис. 10
26
17. Принципиальное устройство и схема работы двухтактного
бензинового двигателя: 1 — цилиндр; 2 — картер; 3 — перепускной канал;
4 поршень; 5 — выпускное окно; 6 — впускное окно; 7 — свеча зажигания;
 продувка и впуск (поршень - в н.м.т., все окна открыты); б — сжатие
(поршень движется от н.м.т. к в.м.т., все окна закрыты); в — рабочий ход
(продукты сгорания толкают поршень от в.м.т. к н.м.т., все окна закрыты);
t - выпуск (поршень приближается к н.м.т., открыты выпускные окна)
27
процессе которого поршень передвигается к н.м.т. В цилиндре продук-
ты сгорания при этом расширяются, а содержимое картера соответ-
ственно сжимается. На излете движения поршня открывается выпуск-
ное окно (оно расположено немного выше впускного окна) и продукты
сгорания выбрасываются наружу (б). Затем открывается впускное ок-
но, соединенное с перепускным каналом, и цилиндр быстро заполня-
ется свежей бензовоздушной смесью, сжатой в картере. В какой-то мо-
мент (когда поршень находится в н.м.т.) оба окна открыты. При этом
выполняется продувка цилиндра (в). Это позволяет его освободить от
остатков продуктов сгорания, но это же приводит к потере части топ-
лива, улетающего в выпускное окно. Возвратное движение поршня
закрывает сначала впускное, а затем и выпускное окна. Начинается
процесс сжатия при закрытых обоих окнах (г). Одновременно в карте-
ре образуется разрежение, за счет которого в него подсасывается новая
порция бензовоздушной смеси. Сжатие в цилиндре завершается вос-
пламенением горючей смеси. Начинается рабочий ход.
Рабочий объем цилиндра, а следовательно, и габариты при одина-
ковой мощности у двухтактного двигателя меньше, чем у четырехтакт-
ного. Но это единственное его достоинство, хотя и определяющее, ког-
да речь идет о малой технике. Недостатков у двухтактных двигателей
больше. Главный заключается в неудовлетворительном освобождении
цилиндра от продуктов сгорания, так как специального хода поршня
для этого не предусмотрено. В результате процесс горения в двухтакт-
ном двигателе протекает хуже, с меньшим КПД и более высокой ток-
сичностью отработавших газов.
Коэффициент наполнения цилиндра и наддув. После такта выпуска в
цилиндре остается некоторое количество отработавших газов. Они
занимают место и, кроме того, создают небольшое противодавление.
Поэтому количество свежей горючей смеси, засасываемой в цилиндр,
не соответствует его объему, а меньше. Это выражается коэффициен-
том наполнения цилиндра, который составляет 75—90%. В условиях
разреженной атмосферы, например при полетах самолетов или
эксплуатации автомобилей в высокогорье цилиндр заполняется све-
жей смесью совсем плохо и двигатель заметно теряет мощность. Для
устранения этого недостатка рабочая смесь может подаваться под
давлением (двигатели с наддувом). Наддув используется и просто для
увеличения мощности двигателей, которым приходится работать с
повышенными нагрузками. При одном и том же объеме цилиндров
наддув позволяет увеличить мощность двигателя примерно на 25%, а
максимальный крутящий момент — на 35%. Применение наддува в
автомобильных карбюраторных двигателях встречает много труднос-
тей. Основные связаны с усложнением конструкции автомобиля и
условий его обслуживания. Серьезным препятствием является уве-
28
 > пие опасности детонации, так как при наддуве повышается тем-
р.нура в камере сгорания. С целью ее снижения пытались охлаж-
 II. шсасываемый воздух. Однако при этом работа карбюратора ста-
|Ц| иась неустойчивой. Следует также иметь в виду, что наддув обес-
•швается специальным компрессором, который отбирает часть по-
шой мощности. Более приспособлены к работе с наддувом двига-
1И с впрыском бензина. Можно ожидать, что наддув на таких дви-
нслих найдет большее распространение, нежели на карбюраторных
•игпгелях.
Роторно-поршневые двигатели. В 1954 году Ф. Ванкель сконструи-
ituui роторно-поршневой двигатель, имеющий ряд преимуществ пе-
•1 традиционными поршневыми. В частности, двигатель Ванкеля
гнев чувствителен к октановому числу, имеет меньшую массу и габа-
ч1Ы, легче форсируется по оборотам. Суть изобретения Ванкеля
ключается в том, что привычный нам цилиндрический поршень за-
 псп на ротор треугольного сечения, вращающийся в полости
щлыюй (точнее, как говорят, циклоидной) формы. Система из экс-
цтрикового вала и шестерен, которую мы не рассматриваем, обес-
швает планетарное движение ротора внутри корпуса двигателя,
>и котором он вращается вокруг собственной оси и одновременно
ремещается по полости камеры. В результате все три вершины ро-
ри постоянно касаются поверхности корпуса, разделяя его простра-
IUO па три перемещающиеся в соответствии с вращением ротора
меры, объем которых изменяется как показано на рис. 18. В корпу-
пиигателя проделаны впускное и выпускное окна. Каждая из камер
следовательно друг за другом претерпевает впуск и сжатие горючей
сей, рабочий ход и выхлоп. Рассмотрим движение одной из них (на
пупке заштрихована). В месте соприкосновения с впускным окном
ч.см камеры при вращении ротора увеличивается, и камера вбирает
• ебя горючую смесь. Дальнейшее вращение ротора изолирует каме-
oi впускного окна, а ее объем начинает уменьшаться. Происходит
ы сжатия. Когда камера подходит к свече зажигания, ее объем ми-
iMiuiCH. Смесь воспламеняется, и продукты сгорания раскручивают
нор дальше. При этом объем камеры вновь увеличивается. В конце
<но такта, который, собственно, представляет собой рабочий ход,
крывается выпускное окно, и продукты сгорания вытесняются в
.шускной тракт.
В обычном поршневом двигателе все пространство цилиндра в лю-
п1 момент занято каким-либо одним процессом, будь то впуск, сжа-
», рабочий ход или выхлоп. В полости роторно-поршневого двигате-
|. разделенной натри камеры, совершается несколько процессовод-
•цременно — в каждой камере свой. Благодаря этому размеры ротор-
 )-11оршневого двигателя меньше, чем у поршневого двигателя такой
29
Рис. 18. Принципиальное устройство и схема работы двигателя Ванкеля:
1 — корпус; 2 — полость циклоидной формы; 3 — ротор; 4 — планетарная
передача с эксцентриковым валом; 5 — впускное окно; 6 — выпускное окно;
7 — свеча зажигания. Фазы работы (по заштрихованной камере, вращение
ротора осуществляется по часовой стрелке): а — впуск горючей смеси;
б — сжатие; в — воспламенение сжатой смеси; г — рабочий ход; д — выпуск
30
ке мощности. Другим достоинством двигателя Ванкеля является ма-
юе число подвижных деталей (только ротор и вал), благодаря чему он
чсныпе шумит и меньше подвержен вибрациям. Отсутствие деталей,
 свершающих возвратно-поступательные движения, облегчает фор-
 ирование двигателя по оборотам, благодаря чему автомобиль с таким
шигателем легко разгоняется (отчасти поэтому двигатели Ванкеля по-
лучили некоторое распространение на гоночных машинах). Узкая сер-
повидная камера сгорания не способствует детонационному горению.
11оэтому двигатель Ванкеля сравнительно нечувствителен к октаново-
му числу бензина. При степени сжатия 8,5—10 для этого двигателя
вполне подходит бензин с ОЧ 72—76 ед. (для тривиального карбюра-
юриого двигателя требуется не менее 92 ед.). Однако, с другой сторо-
ны, серповидная форма камеры сгорания далеко не оптимальна для
процесса горения. Кроме того, велико отношение плошали поверх-
ности камер к их объему, то есть велика поверхность теплоотдачи.
К результате сгорание топлива протекает с меньшей полнотой, что яв-
ляется причиной повышенного содержания углеводородов в отрабо-
itiiim их газах и более высокого (на 7—10%) по сравнению с четырехта-
мпым двигателем удельного расхода топлива. Система смазки ротор-
но поршневого двигателя также имеет свои особенности, а к маслу
предъявляются повышенные требования. Они обусловлены тем, что
ротор целиком находится в полости камеры сгорания и подвергается
лейсгвию высокой температуры. Для интенсификации охлаждения
предусмотрена циркуляция масла через ротор. Усложняется и смазка
пары трения вершина ротора — полость корпуса, весьма подвержен-
ной износу. Подвод к ней масла может осуществляться таким же обра-
<>м, как и в бензиновом двухтактном двигателе: путем добавления к
 опдиву в соотношении 1:25—1:50. Но при этом увеличивается расход
i.iejiii на угар и повышается опасность нагарообразования в камере
।орания.
Кинкель, Феликс (1902—1988), немецкий изобретатель. С юности проявил
iiicpec к конструированию двигателей. С группой энтузиастов в Гейдельберге
 ।п> скромных условиях (мастерская на хозяйственном дворе завода) разра-
' 11 принцип роторно-поршневого двигателя, патент на который получил в
 Во время подготовки Германии к войне исследования Ванкеля были
Н1ы службой в Министерстве авиации, куда он был направлен в 1936 г.
о после войны он смог продолжить работу над своим изобретением. Од-
иоснные годы не были полностью потеряны для Ванкеля: за это время он
ися полезными связями, которые ему впоследствии помогли. Роторно-
певой двигатель в его современном виде был запатентован Ванкелем в
Поначалу, как и Дизель, Ванкель столкнулся с непониманием техничес-
ицественности. Много сил он отдал популяризации своего изобретения и
 ।ри жизни получил признание. Двигателем Ванкеля оборудуются автомо-
31
били и мотоциклы японских фирм Mazda и Suzuki, а в 1969 г. в Германии был
выпущен Мерседес марки С-111 также с таким двигателем. Опытную партию
автомобилей с двигателями Ванкеля выпустил также АвтоВАЗ.
1.2.3.	Двигатели с воспламенением от сжатия
В конце XIX века Р. Дизель сконструировал двигатель, в котором
температура, необходимая для воспламенения топлива, развивалась за
счет сжатия воздуха в камере сгорания. Само топливо впрыскивалось в
камеру сгорания при помощи воздуха, сжимаемого специальным
компрессором (не путать с компрессором, используемым для наддува в
современных дизелях).
Дизель, Рудольф (1858—1913), немецкий инженер. В 1878 г. окончил Выс-
шую Политехническую школу (Мюнхен). В 1892 г. выдвинул идею создания
двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу, близкому к идеально-
му циклу Карно, то есть с КПД, максимально приближающимся к идеальному
КПД тепловой машины. Идея Дизеля заключалась в сжатии воздуха в цилин-
дре до давления 250 атм (25 МПа), при котором развивалась бы температура,
достаточная для самовоспламенения топлива, впрыскиваемого в камеру сгора
ния. При этом топливо (по первоначальному замыслу — угольная пыль) долж
но было вводиться в камеру сгорания так медленно, чтобы обеспечивался изо
термический процесс расширения. Такой двигатель построить не удалось
В 1897 г. Р. Дизель сконструировал другой двигатель, в котором, однако, были
использованы некоторые высказанные раньше идеи: сжатие воздуха (хотя да
леко не такое сильное, как предполагалось раньше), впрыск топлива в конце
сжатия, самовоспламенение топлива. Погиб при невыясненных обстоятель
ствах во время путешествия на пароходе через Ла Манш.
Изобретением немецкого инженера заинтересовался нефтепро
мышленник Э. Нобель. Он рассчитал, что широкое внедрение дизелей
в технику позволит существенно увеличить объемы продажи нефти
Э. Нобель организовал производство двигателей Дизеля на принадлс
жащем семье Нобелей механическом заводе в Петербурге (ныне завод
«Русский дизель»).
Завод «Русский дизель» — один из старейших в мире машиностроительный
заводов. Он основан в 1862 г. в Санкт-Петербурге Людвигом Нобелем на ба иг
принадлежащих семье Нобелей механической мастерской и купленного ими за ,
вода «Имервуд». Эпоха дизелестроения началась на заводе в 1898 г., когда Э. Но ,
бель купил у Р. Дизеля патент на его изобретение. Первый дизель был выпущеи)
в 1899 г. Это был судовой двигатель мощностью в 20 л. с. Заводские инженеры'
существенно усовершенствовали конструкцию выпускаемых двигателей, ц|
частности оборудовали их топливным насосом, приспособили для работы на
сырой нефти. Последнее было отчасти своеобразным рекламным ходом, н<>
имело также и практическое значение. Дело в том, что по проекту самого Дизс
ля в качестве топлива в его двигателях применялся осветительный керосин. 11<>
32
выл дефицитен, поскольку широко использовался в керосиновых лампах.
 I было одной из причин прохладного отношения к дизелям в Европе. Дви-
пЛи российского производства высоко котировались на зарубежном рынке,
' назывались «русскими дизелями». Первоначально завод располагался на
ifJoprcKoft набережной. В начале XX века это была окраина, а в конце века —
и I р города. Поэтому дальнейшее развитие завод получил на новой площадке
Всеволожске близ Петербурга, куда и переместился целиком в настоящее
(мн.
Нобели — династия шведско-российских инженеров и промышленников.
Нова гель династии — Эммануил Нобель (1801 — 1872) организовал в Петер-
Il с оружейное производство. Вскоре Э. Нобель уехал из России, а его дело
Цполжил сын Людвиг (1831 — 1888), который с 1874 г. увлекся нефтяным про-
(Иии гвом. В этой области он сделал ряд выдающихся усовершенствований.
Ihri пости, он организовал строительство первого в мире нефтепровода
фосктированного В. Г. Шуховым), предложил наливные суда и цистерны
I i ранепортировки нефти, которую до тех пор перевозили в бочках и т. д.
8(>2 г. он основал завод «Русский дизель», на котором его сын Эммануил
IV» 1932) организовал производство дизельных двигателей. В 1870-е годы
R'ii.m Нобели организовали в Баку компанию по добыче нефти. Богатая
И1.н вложила в дело огромные деньги — более 20 млн руб. Они создали
Ообраз первой в Европе вертикально интегрированной компании, объеди-
Ишсй добычу, транспорт, хранение, переработку и продажу нефти и нефтеп-
РУКГОВ. При Э. Нобеле мл. Россия вышла на первое место в мире по нефте-
Вычс.
Дизели, речь о которых шла выше, представляли собой компрессор-
ill тип двигателей, в настоящее время неиспользуемый. Воздух от
iMnpeccopa, сжатый до 5—7 МПа, поступал в баллоны, откуда расхо-
дился для пуска двигателя и для подачи топлива. В последнем случае
плино всегда находилось под давлением во впускном трубопроводе и
грсмлялось в форсунку при ее открытии. При работе компрессора
Эпивалась высокая температура. Поэтому применялось интенсивное
Лиждение, но даже и в этом случае взрывы воздушно-масляной сме-
Представляли немалую опасность. Кроме того, компрессор утяжелял
удорожал конструкцию, и это явилось еше одним препятствием на
1и внедрения дизелей.
В частности, дизельные двигатели не удавалось установить на танках. Mo-
ir быть, для кого-нибудь станет новостью, но в начале Второй мировой вой-
I немецкие танки были оборудованы бензиновыми двигателями, почему и
Jcjiii, как свечки, от «коктейля Молотова».
Совершенствованием конструкции двигателей и отказом от опас-
IX компрессоров были озабочены конструкторы разных стран, в том
Сле и русский инженер Г. В. Тринклер. Он разработал двигатель, ра-
Тпющий по смешанному циклу, при котором топливо впрыскивалось
33

в цилиндр и начинало сгорать до достижения максимального давления.
В компрессорном двигателе при сжатии развивалось давление в
3—3,5 МПа, а в бескомпрессорном (по Тринклеру) — 2—2,5 МПа. Тем-
пературы, развиваемой при таком сжатии, хватало для воспламенения
топлива, а при его сгорании давление в камере увеличивалось еще на
1—1,5 МПа. Цикл Тринклера рассматривается в главе 2. В настоящее
время все дизельные двигатели работают по этому циклу, то есть фак-
тически являются двигателями Тринклера.
Трииклер, Густав Васильевич (1876—1957) — русский инженер, специалист
по двигателестроению. Занимался проблемой создания безопасного бескомп-
рессорного дизеля. В частности, разработал устройство, при котором воздух
сжимался поршнем, двигающимся в крышке блока цилиндров. Предложил
также форсунку открытого типа, через которую впрыск топлива в цилиндр на-
чинался при давлении, близком к атмосферному. Оба упомянутых технических
решения практического применения не нашли в отличие от более раннего
изобретения. В 1898 г., будучи студентом, Тринклер разработал бескомпрсссор-
ный дизель, который был им запатентован в 1904 г. Действующий образец дви-
гателя был построен на Путиловском (ныне Кировском) заводе в Петербурге,
но изобретение Тринклера в России конкурировало с продукцией «Русского
дизеля» и не было оценено должным образом. Организовать производство сво-
их двигателей он смог только в Германии на фирме братьев Кертиг в 1905 г.
Первый отечественный бескомпрсссорный двигатель марки БК-38 был пост-
роен в 1927 г. на заводе «Двигатель революции», чему способствовал переезд
Тринклера в Нижний Новгород. С 1907 г. он работал на Сормовском заводе, а
позднее был профессором Горьковского института инженеров водного транс-
порта.
«Двигатель революции» — один из старейших машиностроительных заводов
России. Его первоначальное название — «Завод Фельзер и К». Он был основан
в Риге в 1874 г. Сначала он выпускал различное машиностроительное оборудо-
вание, а в 1905 г. приступил к производству дизелей по лицензии германской
фирмы «МАИ». С началом Первой мировой войны завод был переведен в
Нижний Новгород, где в 1922 г. получил название «Двигатель революции».
Здесь был построен первый отечественный бескомпрессорный дизель, а также
освоено производство ряда новых двигателей, в частности крупных реверсив-
ных дизелей, позволяющих менять направление вращения гребного вала реч-
ных судов. В настоящее время завод является основным поставщиком дизелей
для речного флота и дизель-генераторов для стационарной энергетики.
В 1993 г. завод преобразован в открытое акционерное общество «РУМО».
Дизельные двигатели различаются между собой по частоте враще-
ния коленчатого вала (выше 1500 мин"1 — высокооборотные, от 250 до
1500 мин-1 — среднеоборотные и менее 250 мин"1 — низкооборотные).
Они соответственно используют дизельное, смесевое (ДТ и ДМ или
судовые) и остаточное топлива. От частоты вращения коленчатого вала
(/?, мин"1) и от длины хода (/, м) зависит линейная скорость движения
34
поршня (С, м/с), вычисляемая по формуле С = nlfiQ. По этому
признаку дизели делят на тихоходные (С < 6,5 м/с), средней
'ыстроходности (С= 6,5—9,0 м/с) и быстроходные (С> 9 м/с). Чем
hi,ппе С, тем компактнее и удобнее в обращении двигатель. Однако из-
 более высокой теплонапряженности быстроходные двигатели
>твержены большему износу, срок службы их меньше и ниже эконо-
шчность. На больших судах, где позволяют размеры, устанавливают
доходные двигатели, более громоздкие, но зато более надежные и
нее требовательные к топливу.
Дизельные двигатели маркируются по ГОСТ 4393, который учиты-
г особенности конструкции и работы двигателей. В начале обозна-
1ия двигателя ставится цифра, указывающая на число цилиндров;
ice буквенные индексы, после которых — дробное число: диа-
ip/ход поршня в сантиметрах. Буквенные индексы российской клас-
|шкации приведены в табл. I1. Например, 2ч8,5/11 обозначает двух-
пиндровый четырехтактный двигатель с диаметром поршня 85 мм и
к)м 110 мм. Широко практикуется также применение заводских ма-
-. наравне с «тестированными» обозначениями. Например, нижего-
юкий завод «Двигатель революции» (РУМО) выпускает двигатель
'4, стандартная маркировка которого — 6ЧН36/45.
Зарубежные фирмы в своей маркировке также указывают количе-
|>о цилиндров и их размеры. R — означает рядный, V— v-образный.
Iругие буквенные индексы у каждой фирмы свои. В табл. II приведе-
 Ii.i индексы двигателей, выпускаемых наиболее известными фирмами
I ироны.
Топливная система дизельного двигателя (рис. 19) включает в себя
"'цчивные баки, подкачивающий насос, топливные фильтры грубой и
 ‘нкой очистки, трубопроводы, насос высокого давления (ТНВД) и
цеунки. Ниже рассматриваются некоторые особенности деталей
и пивной аппаратуры дизелей, отличающие их от бензиновых двига-
н-й.
Фильтры грубой очистки дизельных двигателей имеют тонкость
|ц.трации (отсев) 50-150 мкм и предназначены для удаления
пых примесей перед фильтрами тонкой очистки. Фильтрующие
менты последних изготавливаются из фетра, картона, бумаги,
ссованных опилок и других материалов с размером пор 2— 15 мкм.
। шкость фильтрации зависит от требований, предъявляемых топ-
НИ1ЫМ насосом и форсунками. В процессе работы на грязном топ-
иве фильтры довольно быстро забиваются и требуют очистки или
'Как отмечено во введении, в книге приняты две системы нумерации таблиц: араб-
iimii и римскими цифрами. Арабская нумерация относится к таблицам, представляю-
|м собой неотъемлемую часть текста, а римская — к таблицам, содержащим справоч-
III hi материал, помещенный в приложении в копие книги.
35
Рис. 19. Блок-схема топливной системы дизеля: 1 — топливный бак;
2 — фильтр грубой очистки; 3 — подкачивающий насос; 4 — фильтр тонкой
очистки; 5 — топливный насос высокого давления; 6 — регулятор насоса;
7 — форсунка
замены. Поэтому топливные фильтры тонкой очистки обычно уста-
навливают по два и более, предусматривая при необходимости пере-
ход с одного фильтра на другой. В дизельном двигателе фильтры
могут забиваться не только механическими примесями, содержащи-
мися в топливе. В холодное время года при работе на некачественном
топливе на них могут откладываться твердые парафины, выпадающие
из топлив при охлаждении, смолистые вещества и компоненты неко-
торых присадок.
Топливный насос высокого давления (рис. 20) подает на форсунки от-
меренные порции топлива под давлением в десятки и даже сотни МПа.
Например, максимальное давление впрыска топлива насосом Ч РА-
0635 Ярославского завода топливной аппаратуры составляет 160 МПа.
Высокое давление необходимо для того, чтобы при впрыске заряд топ-
лива мог преодолеть сопротивление сжатого в цилиндре воздуха, а так-
же для обеспечения интенсивного распиливания топлива форсунками.
При этом порции топлива не остаются одними и теми же на протяже-
Рис. 20. Схема и принцип работы топливного насоса высокого давления:
а — наполнение; б — перепуск; в — начало подачи; г — окончание подачи.
1 — корпус; 2 — плунжер; 3 — отверстие в торце плунжера; 4 — спиральные
канавки; 5 — впускное окно; 6 — перепускное окно. Прямыми стрелками
показано направление движения поршня; кривыми — направление потока
топлива
36
нни нсей работы двигателя, а постоянно меняются в зависимости от
ннгрузки. Однако регулировать производительность насоса обычными
методами: изменением давления впрыска или скорости плунжера в
 шпателе не получается. Технически трудно также изменять длину хо-
| | п лунжера. Задача решается особым устройством насоса. В его осно-
лежит прецизионная плунжерная пара: плунжер (длинный пор-
пь), перемещающийся в цилиндрическом корпусе (1) насоса. Плун-
। р (2) представляет собой полый стержень. В его головке имеется
>' игральное осевое отверстие (3), выходящее в спиральные канавки
 И. расположенные Набоковой поверхности плунжера. В верхней час-
И| корпуса имеются впускное (5) и перепускное (6) окна. Прй движе-
нии плунжера вниз через впускное окно в поршень поступает топливо.
Дойдя до нижней мертвой точки, плунжер начинает двигаться вверх.
11ри этом часть топлива через впускное окно уходит из насоса, а остав-
шимся, после того как плунжер в своем движении перекроет это окно,
। жимается. При достижении требуемого давления открывается клапан
и горце цилиндра и порция топлива выбрасывается в двигатель. Одна-
ко, в какой-то момент спиральная канавка плунжера соприкасается с
выпускным окном и топливо устремляется не через клапан, оказываю-
щий определенное сопротивление, а в окно. Таким образом, задача ре-
।улировки количества впрыскиваемого топлива сводится к подбору та-
кого положения канавки, при котором выпускное окно открывается в
нужный момент. Это достигается простым поворотом плунжера вокруг
гноен оси. Для регулирования угла поворота плунжера существует спе-
циальное устройство. Оно представляет собой зубчатую передачу. На
конце плунжера установлена шестерня (поворотная втулка), входящая
и ищепление с зубчатой рейкой. Положение рейки, которое задается
особо, ограничивает угол поворота.
Ход плунжера с момента перекрытия впускного окна до момента
открытия выпускного окна называют активным. Объем цилиндра, ко-
1орый проходит плунжер между двумя этими моментами, соответству-
ет теоретической подаче насоса. На практике эта подача меньше за счет
протечек через зазоры плунжерной пары, распылителя форсунки и
других причин. Поэтому существует понятие коэффициента подачи
насоса. Он равен 0,75—0,9 на режиме полной нагрузки. Значение коэф-
фициента подачи зависит от технического состояния плунжерной па-
ры. Важным требованием, предъявляемым к ней, является высокая из-
носостойкость. Зазор между плунжером и корпусом нового неизно-
шенного насоса составляет 1,5—2,5 мкм. Увеличение зазора в результа-
те износа приводит к падению давления и в результате — к уменьше-
нию количества подаваемого топлива (цикловой подачи).
Форсунки (рис. 21) — устройства, через которые в цилиндр подается
топливо. Основной частью форсунки является распылитель, снабжен-
37
Рис. 21. Схема простейшей
форсунки высокого давления:
1 — корпус; 2 — игла; 3 — конус;
4 — распылитель; 5 — сопло;
6 — топливный канал;
7 — топливная камера
ный соплом с несколькими отверстиями
диаметром 0,15-0,45 мм. Вход в сопло
перекрывается иглой, которая плотно
притирается к корпусу распылителя.
Вместе они представляют собой преци-
зионную пару, изготавливаемую из
прочных легированных сталей. Важно,!
чтобы в закрытом состоянии между иг-.|
лой и корпусом практически не было за-
зора. В противном случае топливо нач-
нет подтекать. Лишние порции топлива^
попадающие несвоевременно в цилиндр,
сгорают не полностью, что является при-
чиной снижения удельной мощности
двигателя и повышенной дымности от-
работавших газов. Неплотное прилега-
ние иглы к корпусу вызывается рядом
причин, основными из которых являют-
ся износ и нагарообразование.
Конструкция цилиндро-поршневой группы дизеля такая же, как и в
бензиновом двигателе. В поршне устраиваются полностью или частич-
но камеры сгорания. Тип камеры сгорания выбирается в зависимости от
типа смесеобразования. Поэтому они рассматриваются в разделе 2.2.3.
Еще одно отличие заключается в том, что для улучшения теплоотвода
днише поршня принудительно охлаждается изнутри разбрызгиванием
масла. Движение поршня передается шатуну, который соединен с ко-
ленчатым валом. Верный своему названию, шатун совершает не только
возвратно-поступательное движение, но и колебательное. Поэтому
направляющая часть поршня, называемая тронком, испытывает боко-
вое давление, которое при большой нагрузке грозит повышенным изно-
сом поршня и даже может его заклинить в цилиндре. В малогабаритных
быстроходных двигателях боковым давлением пренебрегают, чего нель-
зя позволить в огромных тихоходных дизелях. В этом случае поршень с
шатуном соединяются не напрямую, а через стержень — крейцкопф,
который, двигаясь в специальных направляющих, принимает на себя
боковые усилия. Износ крейцкопфа не столь страшен, как износ порш-
ня, к тому же работает он в гораздо менее жестких условиях. Однако
крейцкопфные двигатели громоздки и большого распространения не
получили. Крейцкопфами обычно оборудуются большие двухтактные
дизели, устанавливаемые на судах морского и речного флота. Двигате-
ли, не имеющие крейцкопфа, называются гронковыми.
Замки поршневых колец быстроходных дизелей обычно выполняют
прямыми, а тихоходных — скошенными или ступенчатыми.
38
Четырехтактные дизели по принципу работы почти не отличаются
от четырехтактных бензиновых двигателей (см. рис. 16). Только в дизе-
ле сжимается не горючая смесь, а воздух и вместо свечи зажигания в ка-
мере сгорания установлена форсунка высокого давления.
Двухтактные дизельные двигатели. Конструктивным отличием
двухтактного дизеля (рис. 22) от двухтактного карбюраторного двигате-
ля является то, что цилиндр (1) и картер (2) не представляют собой две
взаимосвязанные части системы. Вместо впускного окна в цилиндре
выполнены продувочные окна (3), соединенные не с картером, а с ре-
сивером сжатого воздуха. Выпускные окна (4) каналами соединены с
выпускным трубопроводом (5). Рассмотрим работу двигателя, считая,
что в цилиндре по одному выпускному и продувочному окну (в
действительности их несколько). В конце рабочего хода поршень (6),
двигаясь вниз, открывает выпускное окно, и отработавшие газы уст-
ремляются наружу. При дальнейшем движении поршня открывается
продувочное окно и в цилиндр начинает поступать свежий воздух. По-
ка открыты оба окна, поток воздуха по сложной траектории продувает
цилиндр. Двигаясь вверх, поршень закрывает сначала продувочное ок-
но, затем выпускное. После этого начинается процесс сжатия. Обычно
двухтактными бывают малооборотные тихоходные двигатели. С повы-
шением мощности они по экономическим и экологическим характе-
ристикам приближаются к четырехтактным. О размерах тихоходных
двухтактных дизелей можно судить по тому, что ход поршня в них мо-
жет достигать двух метров, а его диаметр — одного метра.
1.2.4.	Система нейтрализации и выпуска
отработавших газов (ОГ)
Отработавшие газы двигателей выбрасываются в атмосферу. При
пом необходимо решить две проблемы. Первая заключается в умень-
шении шума, создаваемого потоком газов в выхлопной трубе, вторая —
и нейтрализации вредных продуктов сгорания: оксидов углерода, азота,
серы, углеводородов, твердых частиц и особо сажи.
Требования к токсичности двигателей во многих странах устанавливаются
законодательным порядком и постоянно пересматриваются в более жесткую
сторону. В качестве примера можно привести систему, действующую в Евро-
пе — «Евро», к которой присоединилась Россия. История и перспективные
ориентиры этой системы, касающиеся динамики снижения выбросов двигате-
лей, представлены ниже. Числа в табл. 1 означают необходимое минимальное
снижение выброса вредных веществ в процентах за соответствующий переход-
ный период.
Система нейтрализации продуктов сгорания в общем случае вклю-
чает в себя сажевые фильтры, нейтрализаторы отработавших газов
39
5
Рис. 22. Схема работы двухтактного дизеля: а — продувка (все окна открыты,
поршень в н.м.т.); б — сжатие (все окна закрыты, поршень движется от н.м.т.
к в.м.т.); в — рабочий ход (все окна закрыты, поршень движется от в.м.т. к
н.м.т.); г — выпуск (поршень достиг выпускных окон, продувочные окна
закрыты). 1 — цилиндр; 2 картер; 3 — продувочное окно; 4 — выпускное
окно; 5 - форсунка; 6 - поршень
40
Таблица 1
Требования «Евро» по снижению токсичности двигателей в процентах
относительно базы сравнения (во всех случаях 1993 г.)
Этап	Выбросы	Снижение содержания вредных веществ в ОГ относительно базы сравнения, % отн.	
		Бензиновые двигатели	Дизельные двигатели
	Оксид углерода, %	19	63
। к'рсход с Евро-1 ив Евро-2, 1996	Сумма оксидов азота и углеводородов	48	28
	Твердые частицы	-	43
	Оксид углерода, %	15	76
li-pcxofl с Евро-2	Сумма оксидов азота	64	48
ив Евро-3, 2000	и углеводородов Твердые частицы		64
	Оксид углерода, %	63	80,5
1грсхол с Евро-3	Сумма оксидов азота	81	60
нН Евро-4, 2005	и углеводородов Твердые частицы		71
пакостные, термические и каталитические) и устройство обратной
изи — Л,-зонд, позволяющий регулировать соотношение топливо:
идух в зависимости от состава отработавших газов. На бензиновых
игатслях устанавливают дорогие, но компактные и эффективные ка-
>литические нейтрализаторы, на дизельных — сажевые фильтры и
Играл изаторы различных типов. Впрочем, каталитические нейтрали-
юры на них устанавливают не часто. Во-первых, они быстро забива-
н’Я сажей и выходят из строя, во-вторых, на крупногабаритных
। .шсиортных средствах можно установить хотя и громоздкие, но Де-
нис жидкостные нейтрализаторы.
Жидкостные нейтрализаторы — простейший тип нейтрализаторов,
। «^назначенных для удаления сажи, твердых частиц, альдегидов и ок-
Юв серы, а также устранения неприятных запахов. Правда, в нейтра-
шторах этого типа наиболее вредные выбросы СО и NOX затрагива-
ем и малой степени. Тем не менее в отдельных случаях, например в
нитях ограниченного воздухообмена, жидкостные нейтрализаторы
пользуются. Устройство их несложно, а стоимость невелика. Преи-
шсством является и то, что температура отработавших газов при
вхождении через жидкостной нейтрализатор снижается, а это весьма
ic jiio при работе двигателя во взрывоопасной среде. Жидкостные
игрализаторы представляют собой массообменные аппараты. Их
негрукции по принципу контактирования можно разделить на четы-
41 полных типа: барботажные, насадочные, форсуночные и пленоч-
и*. В барботажных нейтрализаторах газы пропускаются сквозь слой
।чкости. Эффективность таких устройств невелика. Кроме того, они
41
характеризуются высоким гидродинамическим сопротивлением, из-за
чего снижается мощность двигателя. Скорость газа в барботажных уст-
ройствах мала, и большой производительности от таких аппаратов
ожидать не следует. Все эти недостатки присущи и насадочным нейтра-
лизаторам, в которых контакт газа и жидкости происходит на насадке
из инертного материала с развитой поверхностью. В форсуночных ап-
паратах большая площадь контакта обеспечивается распылением жид-
кости через форсунку. Эффективность таких устройств гораздо выше,
но они потребляют много энергии. Наиболее оптимальными считают-
ся пленочные нейтрализаторы, в которых газ контактирует с пленкой
жидкости, растекающейся на поверхности контакта. Жидкостные
нейтрализаторы часто устанавливают на судах морского и речного фло-
та, а также на технике, работающей в шахтах.
Термические нейтрализаторы. В аппаратах этого типа токсичные
компоненты окисляются воздухом при 800°С. Остаточное содержание
углеводородов в ОГ после этого может составлять 10—15 млн"1, оксида
углерода — 0,2—0,3 млн"1. Хотя термические дожигатели просты и де-
шевы, они характеризуются рядом недостатков. В частности, с их по-
мощью невозможно нейтрализовать выбросы оксидов азота. Кроме то-
го, термические дожигатели подвержены коррозии. Поэтому они прак-
тического применения почти не находят.
Каталитические нейтрализаторы представляют собой устройства, в
основе которых лежит катализатор, нанесенный на оксид алюминия
или другой носитель, закрепленный на керамической или металличес-
кой подложке. Сначала Использовались алюмооксидные носители,
гранулированные или в виде пленок. Однако их механическая проч-
ность оставляет желать лучшего, что в условиях езды на автомобиле не-
маловажно. Поэтому распространены металлические носители (гоф-
рированные ленты и пр.), на которые обычно в качестве вторичного
носителя наносят слой оксида алюминия и затем — катализатор. Дос-
тоинствами металлических носителей являются малая теплоемкость,
благодаря которой время разогрева катализатора невелико, и высокая
теплопроводность, исключающая местные перегревы. Через металли-
ческий носитель можно пропускать электрический ток для поддержа-
ния необходимой рабочей температуры. Однако удельная поверхность
металлических носителей мала. Поэтому исследуются возможности
создания высокопористых металлических носителей на основе труд-
носпекаюшихся сплавов (инвара, нихрома, хромоникелевой стали),
стойких при 500—700°С. Реакции, протекающие на катализаторах до-
жита отработавших газов, рассматриваются в разделе 2.5.2. Здесь лишь
отметим, что наибольшая эффективность каталитических нейтрализа-
торов достигается при коэффициенте избытка воздуха, близком к 1.
Поэтому современные системы дожита отработавших газов оборудуют-
42
ся датчиком состава смеси, так называемым Х-зондом (в некоторых
странах коэффициент избытка воздуха обозначается не буквой а, как в
России, а буквой Л, причем X = 1/ot), устанавливаемым в выпускном
трубопроводе и определяющим концентрацию кислорода в отработав-
ших газах. Внешним видом и размером Х-зонд напоминает свечу зажи-
гания. Упрощенная схема чувствительного элемента X-зонда представ-
лена на рис. 23. Его основой являются стержни из пористой, так назы-
ваемой циркониевой, керамики (1), заключенные в защитный корпус
(2). Стержни покрыты тонким слоем платины, выполняющей роль
электродов. Один платиновый электрод (3) омывается потоком свеже-
го воздуха, концентрация кислорода в котором известна. Второй (4)
контактирует с кислородом в отработавших газах. На каталитически
активной поверхности циркониевой керамики протекает реакция с
кислородом. Поскольку внутри и снаружи концентрации кислорода
различны, реакции протекают с разной интенсивностью. За счет этого
образуется электрический потенциал, который может быть подан в ви-
де сигнала в блок управления. Сигнал сравнивается с эталонным зна-
чением и за счет этого происходит корректировка подачи топлива. Ес-
III кислорода в отработавших газах слишком много, то рабочая смесь
шляется бедной.и надо увеличить подачу топлива. Если кислорода
< дишком мало, подача топлива должна быть уменьшена. Частота выра-
ботки сигналов достигает двух в секунду. Для того чтобы реакции на
поверхности датчиков протекали с должной интенсивностью, Х-зонд
должен разогреться до температуры 300°С. Таким образом, он включа-
ется в работу через некоторое время после пуска двигателя. Существу-
ют подогреваемые модификации Х-зондов, которые разогреваются в
1счение 20—30 с и начинают регулировать состав смеси уже во время
пуска двигателя. Схема компоновки системы нейтрализации отрабо-
i а ши их газов представлена на рис. 24. Отработавшие газы из двигателя
(I) через выпускной коллектор (2) проходят в каталитический нейтра-
лизатор (3), а из него — в глушитель (4). Перед каталитическим нейтра-
Рис. 23. Упрощенная схема чувствительного элемента 1-зонда:
• —керамический датчик; 2 — защитный корпус; 3,4 — платиновые
•лектроды; 5 — полость, заполненная отработавшими газами; 6 — полость,
заполненная свежим воздухом
43
Рис. 24. Схема компоновки системы нейтрализации отработавших газов: 1 —
двигатель; 2 — выпускной коллектор; 3 — каталитический нейтрализатор;
4 — глушитель; 5 — 1-зонды; 6 — блок управления; 7 — система впрыска.
I — воздух; II — бензин; III — горючая смесь; IV — сигналы с 1-зондов;
V — управляющий сигнал. Стрелками показан путь отработавших газов
лизатором и после него установлены 1-зонды (5), анализирующие со-
держание кислорода в отработавших газах. Эта информация подается
на блок управления (6), который формирует регулирующий сигнал и
передает его системе впрыска (7). Задача системы впрыска заключает-
ся в подаче такого количества топлива, при котором будет обеспечено
оптимальное значение а.
Сажевые фильтры. Назначение сажевых фильтров — снижать коли-
чество твердых частиц в ОГ, направляемых в каталитические нейтрали-
заторы. Фильтры устанавливают также самостоятельно — на автомоби-
лях, не оборудованных устройствами дожита. Из множества конструк-
ций фильтров наибольшее распространение получили две. Фильтр пер-
вой конструкции представляет собой керамический монолит с упоря-
доченными каналами, поочередно закрытыми в торцах (рис. 25).
Отработавшие газы вынуждены проникать сквозь пористые стенки ка-
налов, оставляя на них сажу и неорганические частицы. Размер пор
каналов составляет 3—5 мкм. Такой фильтр без регенерации может за-
держивать до 40 г твердых частиц, снижая их выбросы на 60—90% и
эмиссию полициклических ароматических углеводородов на 70—80%.
Эти фильтры эффективны, но сложны в изготовлении и потому доро-
ги. В основе второй конструкции лежит пучок перфорированных
стальных труб, упакованных в корпус. На трубы навита керамическая
нить, через которую должны пройти газы, чтобы попасть в эти трубы и
выйти через них в атмосферу. Эти фильтры имеют отличные тепловые
и механические свойства, но емкость их мала, и они требуют частой ре-
генерации. Для регенерации сажевых фильтров устанавливают специ-
альные горелки и нагревательные элементы. Однако при термической
регенерации развивается температура, превышающая 1400°С, и поры
фильтра быстро спекаются. Поэтому на поверхность фильтра часто на-
44
Рис. 25. Схема блочного сажевого фильтра: а — продольный разрез; б — вид
с одного из торцов. Стрелками показано направление отработавших газов
носят каталитические добавки (соединения меди, железа), снижающие
температуру выгорания сажи до температуры отработавших газов. По-
добные добавки можно также вводить в топливо в виде присадок.
1.2.5.	Система глушения шума
Важной экологической характеристикой двигателя является не
юлько эмиссия токсичных продуктов сгорания топлива, но также про-
изводимый им шум. Под шумом в бытовых условиях понимают неже-
лательные звуковые колебания, вызывающие раздражение. Человечес-
кое ухо воспринимает колебания частотой от 16-20 Гидо 16—20 тыс. Гц.
В области более низких частот располагается инфразвук, в области бо-
лее высоких частот — ультразвук, которые, хотя и не слышны, тоже ока-
зывают на человека вредное воздействие. Вторым условием восприя-
тия является громкость звука, выражаемая звуковым давлением. Ми-
нимальное звуковое давление, которое воспринимается человеческим
ухом, составляет 2-10 5 Па. Ему соответствует интенсивность звука
(/,), равная 10~12 Вт/м2. Сила слышимого звука выражается вдецибел-
лах (дБ), а указанная выше минимальная величина приравнивается к
0 дБ. Далее громкость (Р) определяют по экспоненциальному выраже-
нию: р = 10 IgJ/lf?12. Для общего представления приведем данные об
уровне шума (в дБ) в различных ситуациях:
рядом с мотоциклом без глушителя — 102;
на платформе метро при проходе поезда — 97;
рядом с мотоциклом, оборудованным глушителем — 75;
в саду при тихом шорохе листьев — 10.
Шум двигателя имеет аэродинамическую и механическую составля-
ющие. Аэродинамическая определяется волновыми колебаниями пото-
ка воздуха или отработавших газов, механическая — стуком деталей
двигателя; поршней, клапанов, передач и т. д. В общем шуме доля аэро-
динамической составляющей в 3—4 раза больше, чем механической.
11оследнюю можно уменьшить путем приработки деталей и регулиров-
ки узлов. Для снижения аэродинамического шума используют глуши-
1сли, устанавливаемые как на системе всасывания воздуха, так и в вых-
лопной трубе. Они, за редким исключением, обязательны для всех ав-
45
томобилей. Глушитель представляет собой фильтр звуковых колеба-
ний, который в зависимости от конструкции настроен на колебания с
определенной длиной волны. Конструктивно глушитель выполнен в
виде двух коаксиальных труб определенного размера и конфигурации.
Внутренняя труба имеет перфорацию, а пространство между внутрен-
ней и внешней трубами снабжено перегородками, которые также име-
ют отверстия. Выхлопные газы поступают во внутреннюю трубу и через
отверстия в этой трубе и в перегородках выходят наружу по внешней
трубе, резко сбавляя скорость. За счет этого гасятся звуковые колеба-
ния. Основной характеристикой глушителя является отношение его
длины к диаметру \/d. Чем оно больше, тем шире спектр отсекаемого
звука, но тем меньше его эффективность. Глушители с малым значени-
ем 1/J могут практически полностью гасить звуковые волны в очень уз-
ком диапазоне колебаний. На практике отношение \/d колеблется от 4
до 8. По принципу замедления скорости потока снижается и шум от
всасываемого воздуха. Для этого воздушный фильтр двигателя имеет
специальные полости большего объема, чем впускной патрубок.
1.2.6.	Системы утилизации тепла отработавших газов
Отработавшие газы уносят с собой большое количество тепла, часть
которого может быть использована. В стационарных условиях и на тех
транспортных средствах, где имеется достаточно места, их пропускают
через котлы-утилизаторы, нагревая для разных целей воду. Это позво-
ляет полнее использовать тепло, хотя и может снизить КПД самого
двигателя из-за повышенного сопротивления в системе выхлопа. Эф-
фективным приемом является сочетание поршневого двигателя с газо-
вой турбиной. Такие комбинированные двигатели часто устанавливают
на судах речного и морского флота. Энергия турбины используется для
вращения компрессора или для отбора дополнительной мощности. Не-
достатком комбинированной системы является то, что поршневой
двигатель выбрасывает отработавшие газы не ровной струей, а толчка-
ми. Пульсации потока нарушают работу турбины и приводят к потерям
мощности. Для уменьшения этого эффекта используют разные прие-
мы, которые мы не рассматриваем.
1.2.7.	Масляная система и система охлаждения
Масляная система. Условия работы масла в поршневых двигателях
тяжелее, чем в двигателях других типов. Это прежде всего обусловлено
наличием пары трения поршень-цилиндр, работающей при высоких
нагрузках и температурах. Перепад температуры, которому подвергает-
ся масло во время работы двигателя, составляет от 50 (картер) до 2500°С
(камера сгорания). Принципиальная схема масляной системы больши-
46
". 26. Упрощенная схема масляной
। исгемы двигателя: 1 — картер; 2 —
” |сляный насос; 3 — маслоприемник;
1 фильтр; 5 — переключатель;
радиатор
нства поршневых двигателей
одинакова (рис. 26). Масло хра-
нится в картере (1), откуда мас-
ляным насосом (2) забирается из
картера через маслоприемник
(3), а затем через фильтры (4) и
радиатор охлаждения масла1 (6)
подается к трущимся деталям.
В необходимых случаях поток
масла может быть направлен ми-
мо радиатора при помощи перек-
лючателя (5). В двигателях ис-
пользуются три способа подачи
масла. Кривошипно-шатунный
механизм и другие быстро вра-
щающиеся детали смазываются
разбрызгиванием, которое обес-
швается движением этих деталей и особенностями их конструкции
in могут иметь специальные черпачки, выступы и т. д.). К подшип-
кам масло подается под давлением от 0,2 до 0,5 МПа. Струйная по-
1л используется, например, для смазки внутренней части днища
ршня дизельных двигателей. Назад, в картер, масло возвращается
лотеком. Существует система смазки с сухим картером. Она исполь-
псгея в некоторых высокооборотных двигателях, где масло интенсив-
।к> смешивается с воздухом и образует в картере пену. В ней также нуж-
 потея двигатели транспортных средств, меняющих ориентацию в
 ' цтикальном пространстве: самолетов и автомобилей, работающих
обольшим уклоном. В этом случае двигатели оборудуются специ-
..... масляным баком, откуда насосом под давлением 0,4—1,0 МПа
i.iwio подается к деталям и возвращается в бак не самотеком, а прину-
пнельно при помощи второго масляного насоса. Насосы обеспечива-
"I бесперебойную подачу масла при любом положении двигателя, а
। роме того — интенсивную циркуляцию масла, которая необходима
 bi отвода тепла от деталей, работающих в жестком температурном
; киме.
Сухой картер имеют и двухтактные бензиновые д.в.с. Смазка криво-
i'iniiHo-шатунного механизма, расположенного в картере, осуществля-
" я маслом, которое подается в картер вместе с бензовоздушной
чесью. Часть масла оседает на деталях механизма, а другая увлекается
потоком смеси в цилиндр, где смазывает детали цилиндро-поршневой
 руппы, а затем сгорает.
1 Бывает нс на всех двигателях.
47
Фильтры для очистки масла бывают различных конструкций, но ни
двигателях обычно устанавливают какой-либо один фильтр, очищаю-
щий весь поток. Часто используют объемные фильтры со сменными
фильтрующими элементами из бумаги, картона, а еще лучше — из хлоп-
чатобумажной ткани. Ткань задерживает не только механические приме-
си, но и смолы, благодаря чему после замены фильтра масло через нес-
колько часов работы немного светлеет. Существуют схемы фильтрации,
при которых основной поток масла пропускается через фильтр грубой
очистки с тонкостью отсева до 70 мкм, а часть его (10—20%) — дополни-
тельно через параллельно установленный фильтр тонкой очистки с раз-
мером пор до 1 мкм. Однако эффективность тонкой очистки обесцени-
вается тем, что очищенное масло не подается к трущимся деталям, а
возвращается в маслосборник. При высокой загрязненности масла
фильтрующие элементы быстро забиваются, и фильтр может потерять
проходимость. Чтобы этого не произошло, в фильтрах устанавливают
перепускные клапаны, рассчитанные на перепад давления 80—120 кПа
(0,8—1,2 кГ/м2). При критическом противодавлении фильтра клапан
открывается и неочищенное масло устремляется в двигатель. Этого казу
са лишены роторные фильтры, конструкция которых основана па
действии центробежных сил (рис. 27). Такой фильтр имеет полый ротор,
вращающийся с частотой 5000—6000 мин"1. В нижнюю часть ротора по
дается масло, поток которого закручивается вместе с ротором. Тяжелые
частицы отбрасываются на периферию ротора, а очищенное масло вы-
ходит из верхней части ротора и поступает в магистраль. Вращение рото-
ра обеспечивается потоком самого масла по принципу сегнетова колеса.
Для этого по бокам ротора встроены маленькие сопла — жиклеры. Мас-
ло подают в ротор под давлением 0,25—0,3 М Па, и часть его силой черс >
жиклеры выбрасывается по касательной, раскручивая ротор.
Система охлаждения. Двигатели оборудуются воздушной или жидко
стной системами охлаждения. Их назначение — отвод тепла от греющих
Рис. 27. Принцип работы роторного
масляного фильтра: через полую ось (1)
масло поступает в ротор (2),
установленный в корпусе (3). Вытекая
из жиклеров (4), масло раскручивает
ротор. За счет появляющейся
центробежной силы загрязнения
отбрасываются к стенкам ротора.
Искривленными стрелками показано
движение масла по фильтру, прямыми —
действие центробежной силы, круговой
стрелкой — направление вращения
ротора
48
сн деталей и их охлаждение до оптимальных температур, то есть таких,
при которых двигатель не перегревается и не переохлаждается, а на ниж-
ней части юбки цилиндра не конденсируются продукты сгорания, загряз-
няющие масло в картере. Воздушное охлаждение обычно применяется
па небольших двигателях, когда эффективный отвод тепла может быть
«юсспечен встречным потоком воздуха или потоком, создаваемым вен-
ишятором. К таким, например, относятся двухтактные двигатели мото-
циклов, газонокосилок и пр. Сравнительно маломощные авиационные
поршневые двигатели также имеют воздушное охлаждение. Для увели-
II ния площади охлаждаемая поверхность изготавливается ребристой.
Двигатели с жидкостным охлаждением наиболее распространены,
н качестве жидкости в неответственных случаях используется вода, в
 юнее ответственных — специальные теплоносители. Жидкостные сис-
н мы охлаждения обычно замкнуты в контур (рис. 28). Охлаждающая
। ндкость из радиатора (1) с температурой, близкой к температуре ок-
ружающей среды (во время работы двигателя — при 30—35°С), насосом
1 ') прокачивается через нижнюю часть блока цилиндров, где нагрева-
шя до 35—50°С и поступает в верхнюю часть к камере сгорания и
мнускным клапанам, где и принимает основное количество тепла,
> н реваясьдо 70—90°С. Затем жидкость поступает в радиатор, охлажда-
ся, и цикл повторяется заново. При пуске холодного двигателя, осо-
"•пно зимой, жидкость в радиаторе может иметь слишком низкую тем-
пературу. В таких случаях терморегулируемый клапан (4) перекрывает
ц\од в радиатор и жидкость циркулирует по внутреннему контуру — че-
|нч обводную линию — байпас (5), пока не нагреется до необходимой
ц мпературы.
На некоторых судовых дизелях устанавливают проточную систему
охлаждения, при которой двигатель охлаждается забортной водой, вы-
I ‘ис. 28. Контур циркуляции жидкости в системе охлаждения двигателя: 1 —
радиатор; 2 — насос; 3 — рубашка блока цилиндров; 4 — терморегулируемый
насос; 5 — байпас
I 449
49
брасываемой затем наружу. Недостатком такой системы является то, что
температура и жесткость забортной воды непостоянны, вследствие чего
оптимального температурного режима добиться почти невозможно.
Для нормальной работы системы охлаждения необходимо поддер-
живать ее в чистоте. Это является условием эффективного теплообме-
на и прокачиваемости жидкости по трубам системы и в конечном сче-
те — гарантией того, что двигатель не перегреется. При охлаждении
воздухом поверхности двигателя должны быть чистыми от атмосфер-
ной грязи и маслянистых отложений. При жидкостной системе охлаж-
дения, когда в качестве охлаждающей жидкости используется вода, в
трубах радиатора и рубашке двигателя может откладываться накипь.
Предотвращение накипеобразования достигается умягчением воды,
использованием антинакипеобразующих добавок или специальных ох-
лаждающих жидкостей. Если накипь все же образовалась, ее удаляют
путем промывки системы кислотными растворами или комплексооб-
разующими средствами.
1.2.8.	Трансмиссия
Вся полезная работа двигателя сводится к получению крутящего
момента на валу. Дальнейшее — предмет заботы системы механических
передач, которая в конечном счете приводит в движение колеса авто-
мобиля, судовой винт или пропеллер самолета. Передачи должны из-
менять скорость и положение осей вращения. Существует несколько
типов передач. При выборе типа передачи конструктор должен обеспе-
чить достаточную надежность, малые габариты, низкий уровень шума
и высокое значение коэффициента полезного действия. Немалое зна-
чение имеют цена и легкость изготовления деталей — шестерен.
В большинстве случаев используются простейшие типы передач — ци-
линдрические и конические, которые состоят из цилиндрических и ко-
нических шестерен, находящихся в зацеплении между собой. Зацепле-
ние представляет собой линейный контакт, где примерно в равной сте-
пени реализуется трение качения и скольжения. На рис. 29 показано
зацепление цилиндрических шестерен с прямыми зубьями. Каждая пе-
редача характеризуется передаточным числом, показывающим, во
сколько раз может быть изменена частота вращения. Изменение часто-
ты вращения основано на том, что линейная скорость зуба шестерни (/)
пропорциональна ее диаметру (ф и частоте вращения (л): 1 = v.dn. Ли-
нейная скорость зубьев двух шестерен, находящихся в зацеплении,
одинакова, тогда = тг<7э/?2, или nf/n2 = d2/dv Во сколько раз диа-
метр первой шестерни больше диаметра второй шестерни, во столько
раз вторая шестерня вращается быстрее первой. Отношение диаметров
называется передаточным числом. Величина передаточного числа ог-
50
' • 29. Схема зацепления зубьев в цилиндрической передаче: 1 — гребень
 , <>а; 2 — основание зуба
и шичивается мыслимыми размерами шестерен. Если требуются очень
"|>и,шие передаточные числа, то компонуют две, три и более ступеней
и.-етерен. Шестерни заключаются в корпус. Такое устройство называ-
н я редуктором. Примером многоступенчатого редуктора может слу-
 и гь коробка передач автомобиля. В корпусе редуктора обычно содер-
। пгся масло, которое захватывается зубьями шестерен и попадает в зо-
н контакта. Зона контакта при движении зубьев перемещается и при
• ц>м изменяется характер взаимодействия. Там, где зубья, двигаясь
и«встречу друг другу, приходят в соприкосновение (зона зацепления),
>ч« обладает трение качения: зубья как бы прокатываются друг подру-
1атем контакт перемещается к основанию зуба (для другого зуба это
бень) и начинает преобладать трение скольжения. Особенности ре-
1ма трения и распределения нагрузок в передаче влияют на износ де-
!сй и работу смазочного материала. Например, в зоне зацепления
1ериал зуба испытывает ударные нагрузки, приводящие к питтингу
। ныкрашиванию поверхности). У основания (на гребне) зуба трение
। ольжения может привести к задирам и заеданиям.
Если зубья шестерен сделать не прямыми, а косыми, то линия кон-
। 1к га зубьев увеличивается и перемещается она не только по высоте зу-
  I. на еще и в осевом направлении. Это позволяет шестерням выдер-
। пиать большие нагрузки, благодаря чему размер шестерен может быть
||.щнительно небольшим, а передаточное число высоким. Другим дос-
I'HiiicTBOM косозубых шестерен является то, что при таком зацеплении
> пне условия образования масляного клина и несущая способность
>'Ш выше. Зубья шестерен могут быть не только косыми, но и более
южными, например шевронными, спиральными. Конические шес-
к рни необходимы, когда оси валов пересекаются. При этом возможны
.full варианта ориентации осей относительно друг друга. В первом
нприанте оси находятся в одной плоскости и особенности трения зубь-
CII шестерен примерно такие же, как в цилиндрических передачах! Во
в юром варианте оси смещены — это так называемые гиперболоидные
(сокращенно — гипоидные) передачи. Площадь контакта зубьев в гипо-
идных передачах выше и, следовательно, выше нагрузки, которые эти
51
передачи могут выдерживать. При большой площади контакта зубья хо
’ рошо прирабатываются, поэтому гипоидные передачи отличаются
плавностью и бесшумностью работы. Недостатком гипоидных передач
является большая доля трения скольжения, что повышает опасность за
диров и заеданий. Поэтому для смазывания передач этого типа необхо
димы специальные гипоидные масла с высокими противозадирными
свойствами.
Кроме зубчатых передач используются винтовые, или червячные, cot
тавленные парой винт — шестерня. Ведущей деталью обычно является
винт. Число его нарезок равноценно числу зубьев у шестерни. Благода
ря своей конструкции винтовые передачи характеризуются очень выси
кими передаточными числами, доходящими до 100, а в особых случаях
и до 1000. Другим достоинством винтовой передачи является плавность
и бесшумность работы. Однако в контакте зацепления винт — тестер
ня трение скольжения преобладает над трением качения. Эго приводи!
к большим потерям на трение, в результате чего винтовые передачи
имеют наименьший коэффициент полезного действия. При сильном
трении детали передачи быстро изнашиваются и велика опасность и\
заедания. Поэтому винтовые передачи используются при малых нагруз
ках или кратковременной работе. Особенностью червячной передачи
является ее односторонность: винт довольно легко вращает шестерню,
но если мы захотим движением шестерни врашать винт, то встретим
сильное боковое сопротивление. Это используется в технике. Напри-
мер, червячная передача лежит в основе конструкции противоубороч-
ных тормозов, управляющих закрылками самолетов. Положением зак-
рылков легко управлять из кабины, а встречный поток воздуха вернуть
52
шкрылки в исходное положение не может, так как этому мешает червяк.
г.| шичные типы зубчатых передач представлены на рис. 30.
1.2.9. Экологическая характеристика поршневых двигателей
Поршневые двигатели чрезвычайно распространены. Вследствие
Того они являются важнейшими источниками выбросов вредных ве-
ществ в окружающую среду.
Примерное количество выбросов карбюраторными и дизельными
ппнателями (в килограммах на одну тонну топлива) представлено ниже:
Компоненты	Карбюраторные двигатели	Дизельные двигатели
1 ()	40	9
' ;<>( (па NO3)	20	33
’• (на S)	1,5	6
' । иснодороды	34	20
\ плегиды, кислоты	1,4	6
|нг|)дме частицы	2	16
Таким образом, наибольшее количество вредных выбросов дают
 шпатели внутреннего сгорания. Если учитывать не только продукты
. । орания, но также азот и кислород воздуха, участвовавшего в процес-
. <-. то примерный состав отработавших газов д.в.с. следующий:
Компоненты	Концен трация в ОГ, % об.	
	Бензиновые двигатели	Дизельные двигатели
А ЮТ	74-77	76-78
Кислород	0.3-8	2-18
11<>Ш1	3,55	0,5-4
Vi иекислый газ	5 12	1-10
< о	1-10	0,01-0,5
N()v	0,1-0.5	0,001-0,4
	0-0,002	0-0,03
Vi певодоролы	0,01-0,1	0,01-0,5
Альдегиды	0-0,2	0-0,009
< '.тжа, г/м3	0-0,04	0,01-1,1
1кнз-а-пирен, г/м3	<0,00002	<0,00001
На рубеже XX и XXI веков в России ежегодно сжигалось около
25 млн т автомобильного бензина и 40 млн т дизельного топлива. Прос-
1ейший расчет показывает, что в результате этого атмосфера ежегодно
пополняется миллионами тонн вредных веществ, а именно: 1,4 млн т
угарного газа, 1,8 млн т оксидов азота, 1,6 млн т углеводородов.
53
1.3. Двигатели с непрерывным процессом
горения
1.3.1. Газотурбинные двигатели и установки
В газотурбинных двигателях (ГТД) энергия продуктов сгорания
топлива превращается в кинетическую энергию газовой струи, враща-
ющей турбину. Первая газовая (и паровая) турбины были изобретены
русским инженером П. Д. Кузьминским. Блок-схема современного
ГТД представлена на рис. 31. Воздух, забираемый из атмосферы через
воздухозаборник, проходит через воздушный фильтр и сжимается в
компрессоре (К). Затем он проходит через регенеративный воздухопо-
догреватель (Р) и направляется в камеру сгорания (КС). Сюда же пода-
ется топливо из системы топливоподготовки. На последних стадиях го-
рения в камеру сгорания подается дополнительное количество воздуха,
чтобы снизить температуру газов до 600—800°С. Продукты сгорания с
силой выбрасываются через сопло и вращают турбину (Т). Затем они
отдают часть неиспользованного тепла в регенераторе (Р) и через сис-
тему газоочистки и трубу выпускаются наружу.
Кузьминский, Павел Дмитриевич (1840—1900), русский инженер, выпускник
Петербургского Морского Корпуса. Служил во флоте, а с 1884 г., после выхода
в отставку, работал на Балтийском судостроительном заводе. Кузьминский вы-
полнил ряд исследований в области теплотехники, гидромеханики и воздухо-
плавания. В 1887—1892 г. он сконструировал и построил первую в мире газовую
реверсивную многоступенчатую турбину радиального типа. Ему же принадле-
жит еще несколько изобретений в теплотехнике и судостроении.
ГТД могут устанавливаться на транспортных средствах, например
морских и речных судах, но чаще используются в качестве стационар-
ных газотурбинных установок (ГТУ) для выработки электричества.
Простейшая компоновка ГТД предусматривает расположение
компрессора и турбины на одном валу. При этом компрессор забирает
Рис. 31. Блок-схема газотурбинного двигателя: К — компрессор;
Р — регенератор; КС — камера сгорания; Т — турбина. Потоки: I — воздух;
II — топливо; III — рабочие газы; IV — отработавшие продукты сгорания
54
Рис. 32. Компоновка газотурбинного двигателя: а и б — первая и вторая
камеры сгорания; 1 — вал; 2 — компрессор; 3 — первая турбина; 4 — вторая
турбина. Потоки: I — воздух; II — топливо; III — продукты сгорания
часть энергии (и весьма значительную, достигающую 60—75%), разви-
ваемой турбиной, а остальное расходуется на полезную работу. При та-
кой компоновке компрессор полностью зависит от турбины, что нера-
ционально при работе на переменных режимах. На разной нагрузке
। урбина вращается с разной скоростью, а компрессор, несмотря на это,
постоянно должен обеспечивать поток воздуха с одними и теми же ха-
рактеристиками. КПД такой системы редко превышает 25%. Поэтому
хсганавливают две независимо вращающиеся турбины (рис. 32): одну
высокого давления, обслуживающую только компрессор, другую —
низкого давления, рабочую. В такой установке соответственно имеют-
ся две камеры сгорания, каждая из которых расположена перед своей
(Урбиной. На практике используются и более сложные конструкции
I ГД, целью которых является улучшение экономичности и мощност-
ных характеристик установок. Значительно усложняется конструкция
I ГД, предназначенных для установки на автомобилях. Это связано с
необходимостью решения ряда характерных проблем: обеспечения
лабильной работы на переменных режимах движения, уменьшения га-
наритов двигателя и т. д.
Воздушные фильтры. Через ГТД прогоняется огромное количество
по щуха, в 4—6 раз превосходящее стехиометрически необходимое.
Иными словами, на каждую тонну топлива расходуется около 75 т
। ’7000 м3) воздуха. Это означает, что при средней запыленности атмо-
 фсры, составляющей около 100 мг/м3, для того чтобы сжечь 10 т топ-
шва в сутки, через компрессор должно пройти 57 кг пыли с высокими
нразивными свойствами. Чтобы уберечь лопатки компрессора от эро-
ИП1, воздух должен быть тщательно отфильтрован. От воздушных
фильтров ГТД требуется не только эффективность. Они должны быть
лиевыми, простыми в конструкции и легко очищающимися. На
практике в качестве фильтрующих элементов используют пакеты ме-
'.ншических гофрированных сеток, покрытых тонким слоем низкозас-
(ывающего масла. Обычно фильтры делают самоочищающимися. Это
55
достигается периодическим окунанием фильтров в масляную ванну.
Возможно использование фильтров ленточного типа, когда фильтрую-
щий элемент представляет собой движущуюся сетчатую ленту, на ка-
ком-то участке пути проходящую через ванну, заполненную маслом.
Компрессоры. Работа компрессора заключается в пропускании сжи-
маемого газа через все более сужающееся пространство. В результате
энергия движения газа переходит в энергию сжатия. Для перекачки га-
за в принципе пригодны все известные в технике устройства. Особен-
ности конструкции компрессоров определяют их производительность,
габариты и степень сжатия. Типы применяемых в промышленности
компрессоров приведены в таблице, расположенной ниже. Поршневые
компрессоры по конструкции похожи на поршневые двигатели с той
разницей, что не вырабатывают энергию, а потребляют ее. Они позво-
ляют достичь очень высоких давлений, но не могут быть слишком боль-
шими. Поэтому их производительность (подача) сравнительно невели-
ка. Роторные компрессоры не особенно распространены. В основе их
конструкции лежит ротор с лопатками, вращающийся в корпусе. Лопат-
ки захватывают газ и перемещают его из впускного трубопровода в на-
порный. Преимуществом компрессоров этого типа перед поршневыми
является их большая компактность при одинаковой производительнос-
ти, но давление они обеспечивают не слишком высокое. Центробеж-
ный компрессор фактически представляет собой центробежный насос.
При малых габаритах он может обеспечивать довольно большую подачу.
Наибольшей производительностью обладают осевые компрессоры.
Компрессор каждого типа может быть одно- и многоступенчатым.
Тип компрессоров	Подача, м3/мин	Степень повышения давления	Частота вращения, мин-1
Поршневые	до 500	2.5-1000	100—3000
Роторные	до 500	3-12	300-15000
Центробежные	100-4000	3-20	1500—45000
Осевые	100—15000	2-20	500-20000
В ГТД применяют центробежные и осевые компрессоры с числом
ступеней от 5 до 25. В стационарных условиях наиболее часто исполь-
зуется осевой компрессор. Он представляет собой ротор (барабан) с ра-
бочими лопатками, заключенный в корпус. Лопатки располагаются в
несколько рядов. Каждый ряд называется ступенью. Чем больше ступе-
ней, тем большее давление может развить компрессор. В ГТД давление
воздуха, выходящего из компрессора, составляет 0,4—0,7 МПа. При
сжатии воздух нагревается до 170-180°С, поэтому необходим эффек-
тивный теплоотвод, обеспечиваемый маслом. Схема четырехступенча-
того компрессора представлена на рис. 33. Воздух поступает во впуск-
ной трубопровод, попадает на лопатки компрессора, раскручивается
56
I
3,
4
I 'ис. 33. Схема четырехступенчатого осевого компрессора: 1 — корпус;
Л — ротор; 3 — направляющие; 4 — вращающиеся с ротором лопатки.
Стрелками показано направление движения сжимаемого воздуха
ими и центробежной силой выбрасывается на периферию. Оттуда он
попадает вдиффузор, где сжимается. Затем специальными направляю-
щими лопатками, закрепленными на корпусе, он вновь подается к оси
компрессора и подхватывается новым рядом раскручиваюшихлопаток.
I.ik осуществляется следующая ступень сжатия. Достоинством осевых
компрессоров является высокий КПД. Недостатками — большие габа-
i>n гы и малая степень сжатия: давление воздуха в каждой ступени по-
вышается не более чем на 25%.
Регенератор тепла отработавших газов устанавливают за компрессо-
ром. Обычно это трубчатый теплообменник, в трубках которого прохо-
|ит сжатый воздух, а через межтрубное пространство — продукты сго-
рания, выходящие из турбины. В зависимости от используемого топли-
BU (газ, мазут) агрессивность продуктов сгорания различна. При сгора-
нии мазута следует учитывать, что в отработавших газах содержатся
оксиды серы, сернистая и серная кислоты, которые могут конденсиро-
ввгься на поверхностях теплообмена и оказывать на них корродирую-
щее действие. На внешней поверхности труб образуются также золовые
шложения, составленные неорганической частью мазута и продуктами
ею неполного сгорания. Такие отложения снижают коэффициент теп-
лопередачи и эффективность теплообмена. Подробнее о проблеме от-
чожений на поверхностях теплообмена — в разделе 1.6.
Камера сгорания ГТД представляет собой трубу из жаропрочной ста-
'Ш, заключенную в корпус. В нее подаются сжатый нагретый воздух и
кшливо. Для подачи природного газа устанавливаются специальные
нагнетатели. Жидкое топливо впрыскивается через форсунки. В каме-
ре сгорания установлено также специальное запальное устройство для
первоначального поджигания топлива. Затем процесс поддерживает
(им себя. На последних стадиях горения в камеру сгорания через спе-
циальные отверстия подается вторичный воздух, необходимый для
i пижения температуры газов, подаваемых на лопатки турбины.
57
Газовая турбина представляет собой ротор с рабочими лопаткам^
установленный в корпусе. Уязвимым местом являются лопатки турби-
ны, выдерживающие температуру не выше 800°С. Собственно, для то-
го, чтобы их уберечь от разрушения, продукты сгорания разбавляются
добавочным воздухом. Серьезной проблемой является опасность вана-
диевой коррозии лопаток при использовании газотурбинных топлив и
мазутов. Она рассматривается в Тезаурусе.
1.3.2. Реактивные (авиационные газотурбинные) двигатели
Газотурбинные двигатели, устанавливаемые на самолетах, называ-
ют реактивными. Тем самым подчеркивается их принадлежность и
особенности конструкции, определяемые требованиями компактнос-
ти и высокой надежности. Теория воздушного реактивного движения
разработана советским ученым Б. С. Стечкиным. Простейшим двига-
телем этого типа является прямоточный реактивный двигатель. Воз-
дух, забираемый им из атмосферы, сжимается в диффузоре (сужение
проходного сечения канала) и подается в камеру сгорания. Степень
сжатия воздуха невелика, и, следовательно, невелик КПД двигателя.
Поэтому чаще воздух сжимают до 2—3 МПа компрессором, приводи-
мым в движение от турбины. Такой двигатель называют турбореактив-
ным. Тяга в турбореактивном двигателе создается за счет реактивной
струи продуктов сгорания, которые по дороге из камеры сгорания
проходят через турбину, раскручивают ее и с силой выбрасываются че-
рез сопло наружу. Кинетическая энергия выбрасываемой струи очень
высока, что, собственно, означает потерю большой части энергии.
Поэтому реактивные двигатели гораздо менее экономичны, чем
поршневые двигатели самолетов, в которых тяга создается за счет всей
массы воздуха, прогоняемого винтом. Винт забирает воздуха гораздо
больше, чем его попадает в двигатель через воздухозаборник. Особен-
но много энергии реактивный двигатель теряет при работе в неустано-
вившемся режиме — во время прогрева, взлета и посадки. В чем же
преимущество реактивного двигателя? В скорости и в удельной мощ-
ности. Скорость движения поршня едва достигает 20 м/с, а линейная
скорость деталей турбины составляет сотни м/с. Соответственно ско-
рость реактивного самолета выше скорости самолета с поршневым
двигателем.
Стечкин, Борис Сергеевич (1891 -1969) — выдающийся советский теплотсх
ник, ученик Н. Е. Жуковского. В 1918 г. окончил Московское Высшее Техин
веское училище. Участвовал в создании Центрального аэрогидродинамическп
го института и Военно-воздушной инженерной академии. В 1929 г. опублико
вал книгу «Теория воздушного реактивного движения» — первый в мире труд и
этой области. Один из создателей метода теплового расчета авиадвигателей
Предложил ряд формул для расчета авиадвигателей по расходу воздуха, опреде-
ления коэффициента наполнения, вычисления индикаторного КПД и т. д.
Низкая экономичность реактивного двигателя частично компенси-
руется, если его по принципу поршневого самолетного двигателя обо-
рудовать винтом. Такой двигатель называется турбовинтовым. В этом
случае турбина раскручивает не только компрессор, но и винт, создаю-
щий большую часть (до 85%) тяги. Для передачи движения с быстро
пращающейся турбины на винт, который не может вращаться так быст-
ро, используют редуктор с большим передаточным числом. Например,
и вертолетных турбовинтовых двигателях передаточное число редукто-
ра достигает 100. Наличие громоздкого редуктора и винта в 3-4 раза
учяжеляет двигатель. Но даже и в этом случае турбовинтовой двигатель
п>раздо экономичнее турбореактивного.
Топливная система реактивного двигателя состоит из трех линий: ос-
новной, пусковой и форсажной. Основная линия включает в себя топ-
ливные баки, из которых топливо забирается центробежным насосом и
прокачивается через масляный радиатор, где охлаждает масло. Выпол-
нив эту функцию, через форсунки топливо подается в камеру сгорания
шдсльно от воздуха. Так как реактивные самолеты летают в разрежен-
ных слоях атмосферы, существует опасность вскипания топлива и об-
ри ювания паровых пробок. Поэтому вся топливная система находится
под небольшим давлением. Топливные баки сверхзвуковых самолетов
испытывают аэродинамический разогрев, вследствие чего находяще-
гги в них топливо может нагреваться до 200—250°С. Это предъявляет
особые требования к термоокислительной стабильности топлива. Су-
ществуют схемы, в которых топливо в баках находится под небольшим
Ипилением инертного газа (азотная подушка).
Топливные фильтры устанавливаются перед насосом высокого дав-
ления (фильтры грубой очистки, работающие под давлением 0,1—0,7
МПа), а также монтируются вместе с насосом (фильтры тонкой очист-
ки, работающие под давлением 12—22 МПа). Фильтры грубой очистки
представляют собой сетки из никеля или нержавеющей стали с разме-
ром ячеек 20—40 мкм. При температуре топлива 160°С ресурс этих
фильтров составляет 25—50 ч. Фильтрующие элементы фильтров тон-
кой очистки изготавливаются из никелевых сеток саржевого плетения
। ра шером пор 12—16 мкм или бумаги (8—12 мкм). Их срок службы
меньше и не превышает 10 ч. Тонкий отсев необходим для предотвра-
щения износа прецизионной пары насоса высокого давления, подаю-
щею топливо в двигатель. Большое влияние на срок службы фильтров
щи пявают загрязненность топлива и его термостабильность. Топливо в
i.ikiix сверхзвуковых самолетов испытывает аэродинамический разог-
।п’п до 200°С. Если при этой температуре в топливе образуются смолис-
58
59
тые продукты и осадки, то фильтры быстро забиваются, что грозш
прекращением подачи топлива. В реактивных дозвуковых самолетах
топливо, напротив, хранится в баках при отрицательной температуре,
которая на высотах полета 9—11 км опускается до минус 50—60°С. Если
топливо содержит воду, которая при охлаждении вымораживается в ви-
де льда, то его мелкие кристаллы также забивают фильтры. На крайний
случай при забивке фильтров предусмотрена подача топлива, минуя
фильтрующий элемент.
Камера сгорания реактивного двигателя также имеет свои особей^
ности. Для того чтобы ее разработать, пришлось разрешить важн
противоречие. С одной стороны, процесс горения топлива должен пр
текать достаточно быстро, чтобы не произошло срыва пламени пот
ком набегающего воздуха. Скорость воздуха, выходящего из компр<
сора и подаваемого в камеру сгорания, составляет 100—140 м/с. Ск
рость распространения пламени должна быть в 1,5—2,0 раза выше. Этц
обеспечивается при коэффициенте избытка воздуха, близком к стехио-
метрическому. Но тогда температура в камере сгорания достигнет
2500°С. В поршневом двигателе такие температуры не очень страшны:
в них обеспечивается интенсивный теплоотвод. В реактивном двигатс
ле процессы протекают слишком быстро и теплоотвод не столь эффек
тивен. Кроме того, громоздкая система охлаждения на самолете нежс
лательна. Поэтому допустимая температура газов, подаваемых на тур
бину, ограничивается на уровне 1200—1250°С. Решение было найдено к
1924 г. советским инженером В. И. Базаровым и заключалось в раздел!,
ной подаче воздуха. Схема камеры сгорания реактивного двигатели
приведена на рис. 34. Она представляет собой жаровую трубу, заклю-
ченную в корпус. Через форсунку в нее подается топливо и часть возду-
ха в таком количестве, чтобы а составляло 0,8—1,0. Другая часть возду-
ха движется в пространстве между стенками жаровой трубы и корпуса
Рис. 34. Схема камеры сгорания реактивного двигателя: 1 — воздухопровод;
2 — топливопровод; 3 — форсунка; 4 — наружный корпус; 5 — внутренний
корпус; 6 — отверстия во внутреннем корпусе; I — зона подготовки смеси;
II — зонв стехиометрического горения; III — зона разбавления продуктов
сгорания
60
и примешивается к продуктам сгорания перед турбиной. Камера сгора-
ния — самая теплонапряженная часть реактивного двигателя. На стен-
ках жаровой трубы и распылителях форсунок образуется нагар. Он вли-
яет на форму струи впрыскиваемого топлива, качество распиливания
ухудшается и, соответственно, ухудшается процесс горения. Интенсив-
ность нагарообразования зависит от качества топлива, и тем выше, чем
выше температура кипения, вязкость и плотность топлива и содержа-
ние в нем ароматических углеводородов.
Важной задачей является обеспечение равномерного температурно-
to поля по всему объему камеры сгорания. Оно может быть нарушено
вследствие закоксовывания распылителей форсунок, образования на-
Iнра на стенках жаровой трубы. При нарушении однородности темпе-
ратурного поля возможно растрескивание стенок камеры сгорания, их
коробление, а в крайнем случае — прогар.
Турбина. На лопатки турбины подается поток продуктов сгорания со
скоростью 330—380 м/с и температурой 900— 1000°С. При более высо-
кой температуре материал лопаток начинает ползти, их лопасти удли-
няются. Это может привести к задеванию лопатками корпуса и даже их
|>(>рыву. Поэтому, как и в газотурбинных двигателях, перед турбиной
реактивного двигателя продукты сгорания разбавляются вторичным
во |духом до требуемой температуры.
Форсажная камера — еще одно отличие реактивных двигателей от га-
инурбинных. Она располагается после турбины на сопловом аппарате.
 юна при необходимости впрыскиваются дополнительные порции топ-
ива, при сгорании которых двигатель получает добавочную мощность.
Уплотнения. Как мы упоминали, топливная и масляная системы ре-
ктивных двигателей находятся под давлением. Необходимую герме-
ичность обеспечиваюттиоколовые и нитрильные резины. Как прави-
 >, они удовлетворительно совмещаются с реактивными топливами,
 ня постепенно стареют при контакте с ними. Старение резин ускоря-
и'я при использовании реактивных топлив с недостаточной окисли-
 льном стабильностью. Низкомолекулярные продукты окисления —
н’роксиды и гидропероксиды разъедают резины, вызывают их отслое-
ще и выкрашивание. Это не только нарушает герметичность баков, но
। приводит к засорению топливных фильтров. Топлива типа ТС-1 с не-
мецкой степенью очистки содержат природные антиоксиданты, и эти
к’желательные процессы протекают медленно. Глубокогидроочищен-
luie топлива, например Т-6, природных антиоксидантов лишены и
ребуют применения специальных стабилизирующих присадок.
Система смазки. В турбореактивном двигателе основными смазыва-
мыми деталями являются подшипники вала газовой турбины и ком-
рессора. В турбовинтовом двигателе к этим подшипникам прибавля-
йся еще шестерни редуктора. В процессе работы трущиеся детали
61
Рис. 35. Блок-схема системы смазки
реактивного двигателя: 1 — маслобак;
2 — нагнетательный насос; 3 — фильтр;
4 — двигатель; 5 — откачивающий насос;
нагреваются до 250-300°С и
масло не только должно их хо-
рошо смазывать, но и обеспечи-
вать интенсивный теплоотвод.
Это достигается высокой крат-
ностью циркуляции масла, ко-
торая может превышать 100 ч”1,
то есть в течение часа содержи-
мое масляного бака может обер-
нуться в системе 100 и более раз.
При такой циркуляции масло
интенсивно перемешивается с
воздухом, захватывая его до по-
ловины своего объема и образуя
пену. Поэтому масляная система
включает в себя центробежный
воздухоотделитель. Общая схе-
6 — воздухоотделитель;7 — радиатор; ма масляной системы реактив-
8 — суфлер	ного двигателя представлена на
рис. 35. Она включает в себя масляный бак, откуда под давлением
0,3—0,6 МПа масло подается насосом к подшипникам и через специ-
альные форсунки разбрызгивается на трущиеся поверхности. Затем
оно стекает в маслосборники, насосом прогоняется через воздухоотде-
литель, радиатор и возвращается в масляный бак. Охлаждение масла
осуществляется воздухом, а в сверхзвуковых самолетах — топливом.
Размеры масляного бака и всей системы сравнительно невелики, так
как, в отличие от поршневых двигателей, масло не расходуется на угар.
1.3.3. Жидкостные ракетные двигатели
Когда появились первые ракетные двигатели, сказать трудно, но это
произошло после изобретения пороха. Пороховые ракеты, придуман-
ные в Китае, были украшением фейерверков еще в средние века. Жид-
костные ракетные двигатели были предложены К. Э. Циолковским, а
первая ракета на жидком топливе была запущена в 1921 г. в г. Оберне
(Массачусетс, США) американским изобретателем Р. Годдардом.
—- Циолковский, Константин Эдуардович (1857—1935) — выдающийся русский
ученый, основоположник космонавтики. По причине глухоты нс мог учиться в
школе и образование получил самоучкой. В 1879 г. экстерном сдал экзамены на
звание учителя и преподавал физику в Калужской губернии и в Калуге. Одно-
временно занимался теоретическими исследованиями в области дирижаблест-
роения, летательных аппаратов тяжелее воздуха, космических ракет. В 1929 г.
выдвинул идею многоступенчатых ракет («ракетных поездов»). В своей основ-
62
। работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами»
11Н) впервые предложил ракетные двигатели, работающие на жидком топливе.
|<|ддард, Роберт (1882—1945) — профессор физики и гидродинамики в
срситете Кларка (Вустер, Массачусетс). Учился в Вустерском политехни-
>м институте, где, будучи студентом, пытался запустить в 1907 г. первую
.остную ракету. Ракета взорвалась, а Годдард имел неприятности, но зато
чил грант престижнейшего в Америке Смитсоновского института, кото-
,. hi позволил сделать и произвести успешный запуск первой жидкостной раке-
lb. Годдарду принадлежит еще одно изобретение: в конце Первой мировой
Ь |ИIы он изобрел гранатомет — базуку.
| Компоновка систем ракетного двигателя отличается от реактивного
I (Обусловлена его характерной особенностью: наличием на борту не
I йько горючего, но и окислителя. По вполне понятным причинам оба.
I (ипонента хранятся раздельно и подаются в камеру сгорания по от-
Ь Льпым линиям. Насосы, перекачивающие их по трубопроводам, вра-
| |югся от турбины, которая, в свою очередь, приводится в движение
I (X)газовой смесью, образующейся при горении вспомогательного
Чрилива. Один из компонентов топлива подается в форсунки не сразу, а
• • и: пропускания через рубашку камеры сгорания, где служит охлаж-
цим агентом. Из окислителей для охлаждения непригодны жидкий
юрод и пероксид водорода, зато очень хороша азотная кислота,
ища, для того чтобы ее использовать, охлаждающая рубашка должна
. изготовлена из кислотостойких материалов. На практике широко
шьзуют горючие компоненты: углеводороды и спирты. Одна из
нем, которую приходится решать конструктору при выборе спосо-
огаждения, заключается в том, чтобы потребность в охлаждающем
ie соответствовала объемам его использования в двигателе. Прин-
иальная схема топливоподачи в ракетном двигателе представлена на
16. Окислитель и горючее из раздельных баков (1 и 2) насосами (3)
потея в камеру сгорания (4). Прежде чем поступить в форсунки (5),
16. Принципиальная схема топливоподачи в ракетном двигателе: 1 — бак
,н,, юрючего; 2 — бак для окислителя; 3 — подкачивающие центробежные
ни псы; 4 — камера сгорания; 5 — форсунки; 6 — охлаждающая рубашка;
t । Урбина, приводящая в движение насосы; 8 — генератор парогазовой
меси. I — горючее; II — окислитель; III — парогаз
63
один из компонентов выполняет роль охлаждающего агента и проходи)
через рубашку (6) в корпусе камеры сгорания. Ракета может не распола
гать генераторами для выработки электроэнергии, поэтому привод и
движение насосов представляет собой проблему. Она решена таким об
разом, что насосы получают энергию от специальной турбины (7), при
водимой вдвижение парогазовой смесью («парогазом»). Последняя вы-
рабатывается в генераторе (8) — миниатюрном ракетном двигателе, ра-
ботающем на однокомпонентном топливе. Чаще всего таким топливом
является пероксид водорода, который на катализаторе разлагается на
кислород и воду, представляющими собой парогаз.
Камера сгорания ракетного двигателя по конструкции похожа на ка-
меру сгорания реактивного двигателя. Она отличается гораздо буль-
шим количеством форсунок, через которые впрыскиваются горючее и
окислитель. Это требуется для быстрого и эффективного их перемеши-
вания. Часть форсунок устанавливается на периферии камеры сгора-
ния таким образом, что компоненты топлива попадают на ее стенки
Так как за счет охлаждения температура вблизи стенок ниже, чем и
центре камеры сгорания, компоненты топлива не испаряются, а дви-
жутся по стенкам тонкой жидкой пленкой. Это обеспечивает дополни-
тельное охлаждение, но, что более важно, создает неравномерность
температурного поля в камере, благодаря которому улучшается пере-
мешивание компонентов топлива. Пространство камеры сгорания мо-
жет быть разделено на три зоны (рис. 37). В первой происходит прогрен
и испарение топлива, во второй — интенсивное горение с образовани-
ем большого количества раскаленных до 2000-300(ГС газов, в треть-
ей — догорание топлива. Продукты сгорания создают в камере давле-
ние, равное 3—10 МПа и с силой выбрасываются через сопло.
1.3.4. Экологическая характеристика реактивных
и ракетных двигателей
Как мы отмечали, рабочий процесс в реактивных и ракетных двига-]
телях организован хуже, чем в поршневых двигателях. Соответствен))^
Рис. 37. Камера сгорания
жидкостного ракетного двигателя:
а — зона подготовки (распы-
ливание, испарение и смешение);
б — зона горения; в — зона
догорания и расширения. (Взято из
препринта Г. Ф. Большакова «Теоре-
тические основы химмотологии.
Рабочие процессы в ракетных,
реактивных и поршневых
двигателях». Препринт Ns 5. Томск:
Томский филиал СО АН СССР, 1983)
64
хуже в них сгорает топливо и выше токсичность отработавших газов.
1ем не менее нейтрализации продуктов сгорания в двигателях с непре-
рывным процессом горения уделяется внимания не слишком много.
<' одной стороны, это объясняется тем, что реактивные и ракетные
тигатели распространены гораздо меньше, чем бензиновые и дизель-
ные, а эксплуатация их осуществляется на больших высотах или в огра-
ниченных зонах аэропортов и космодромов. С другой стороны, даже
малейшее утяжеление двигателей, устанавливаемых на летательных ап-
паратах, крайне нежелательно. Однако в последнее время большое вни-
мание привлекает не только токсичность продуктов сгорания, но и их
•кологическая опасность, то есть влияние на окружающую среду.
II здесь дело обстоит не так просто. Например, в стратосфере воздух
настолько разрежен, что абсолютные значения некоторых его составля-
ющих исчисляются всего лишь тоннами и сравнимы с выбросами одной
пакеты. Вбрасывание в стратосферу огромных количеств водорода, уг-
юкислого газа и воды грозит смещением равновесия на этих высотах,
более подробно протекающие процессы рассмотрены в разделе 2. Здесь
лишь придется ограничиться одним примером. Ниже приводятся сведе-
ния о среднем количестве выбросов (в тоннах) при запуске одной раке-
। ы-носителя «Союз», работающей на керосине и жидком кислороде.
Ступень	Водород	Вода	Оксид углерода	Углекислый газ	Прочие
I	3,4	40,9	52,4	59,3	0,02
II	10,0	23,3	32,7	34,0	0,01
111	0,48	4,2	8,0	9,7	0,01
Двигатели, которые используют азотсодержащие топливные ком-
поненты, выбрасывают также оксиды азота.
1.4. Двигатели с внешним сгоранием
Из двигателей с внешним сгоранием необходимо рассмотреть двига-
н-ль Стирлинга. В настоящее время это название стало собирательным
цы всех типов регенеративных воздушных двигателей. Такие двигатели
ныли широко распространены в XIX веке в Европе и Америке, где с ус-
пехом вытесняли малоэкономичные и опасные паровые машины, кот-
ил которых часто взрывались. Сначала в этих двигателях в качестве ра-
бочего тела использовали воздух, и было принято название «воздушные
нтгатели». Позднее воздух был заменен на водород и инертные газы,
преимущественно гелий. Термин «воздушный» стал неприемлем. Пос-
инен но утвердилось название «двигатель Стирлинга» по имени изобре-
। л геля первой конструкции, которая нашла широкое практическое при-
н-пение. Стирлинг также дал первое описание теории двигателей с ре-
65
449
генеративным рабочим телом. Принцип работы двигателя Стирлинга
заключается в том, что рабочее тело (воздух или инертный газ), нагрева-
ясь в цилиндре от внешнего источника тепла, расширяется и совершает
полезную работу. В этом есть аналогия с паровой машиной, в которой,
пар, расширяясь, толкает поршень. Однако в паровой машине пар, от-
работав, выбрасывается из цилиндра (поступает в конденсатор и в виде
воды возвращается в котел). В двигателе Стирлинга рабочее тело посто-
янно остается в цилиндре. Чтобы это стало возможным, придумана
оригинальная конструкция. Во-первых, стенки цилиндра интенсивно
охлаждаются и, контактируя с ними, охлаждается рабочее тело. Во-вто-
рых, между нагреваемым днищем цилиндра и поршнем помещен вспо-
могательный поршень-вытеснитель. Он установлен в цилиндре с боль-
шим зазором, через который при движении поршня рабочее тело пере-
текает либо к нагреваемой поверхности, либо к рабочему поршню. Для
ускорения теплообмена этот зазор часто заполняют набором металли-
ческих сеток, так называемым регенератором. Поршень-вытеснитель
приводится в движение принудительно от специального эксцентрико-
вого вала. Рабочий поршень через обычный кривошипно-шатунный
механизм соединен с коленчатым валом. Фазы вращения эксцентрико-
вого и коленчатого валов различаются на четверть оборота (подхода
поршня). Иными словами, коленчатый вал по сравнению с эксцентри-
ковым запаздывает на 90°, Принципиальная схема работы двигателя
Стирлинга представлена на рис. 38. В фазе а рабочее тело находится
между поршнем-вытеснителем и раскаленным днищем цилиндра. Оно
быстро нагревается и, расширяясь, толкает оба поршня к верхней мерт-
вой точке. Совершается рабочий ход (б). В фазе в рабочий поршень ос-
тается в в.м.т., а поршень-вытеснитель движется вниз. В результате это-
го движения рабочее тело перепускается в пространство, расположен-
ное между двумя поршнями. При этом оно контактирует с холодными
стенками цилиндра и охлаждается. В следующей фазе (г) поршень-вы-
теснитель остается на месте, а к нему движется рабочий поршень, сжи-
мая рабочее тело. Дойдя до н.м.т., рабочий поршень останавливается, а
поршень-вытеснительдвижется вверх, перепуская рабочее тело к нагре-
тому днищу цилиндра. Процесс возвращается в фазу а. Рабочее тело
нагревается, и цикл совершается сначала.
Заметим, что скорость работы двигателя Стирлинга сильно зависит
от интенсивности нагрева и охлаждения рабочего тела. В любом случае
эта скорость невысока, что ограничивает возможные области исполь-
зования этого двигателя. Скоростные характеристики двигателя удает-
ся несколько улучшить, заменив воздух на водород и гелий, достоин-
ством которых является высокий коэффициент теплопередачи.
Другое техническое решение предусматривало управление потоком
рабочего тела не посредством поршня-вытеснителя, а при помощи
66
Ги<: 38. Принципиальная схема двигателя Стирлинга: 1 — цилиндр;
И поверхность нагрева; 3 — нагреватели; 4 — поршень-вытеснитель;
к рабочий поршень; 6 — регенератор. Прямыми стрелками показано
направление движения поршней, искривленными — перетекание рабочего
тиа. Остальные пояснения в тексте. Фазы: а — вытеснение рабочего тела из
можпоршневого пространства к нагреваемой поверхности; б — рабочий ход;
» перепуск рабочего тела в межпоршневое пространство; г — сжатие
и< темы клапанов. Эта конструкция принадлежала шотландскому
п >«>6ретателю Эриксону и была распространена в Америке.
Стирлинг, Роберт (1790 — 1878) — шотландский изобретатель и священник.
В 1816 г. запатентовал двигатель внешнего сгорания с регенерируемым рабочим
Н'лом. Через два года этот двигатель был построен и использовался при откач-
ке поды из карьеров. Несмотря на избранное поприще (он дослужился до пос-
!й Министра по делам церкви Шотландии), Стирлинг много времени и сил от-
минал совершенствованию своего изобретения. Вместе со своим братом
П+.СЙМСОМ он разработал ряд вариантов двигателя, а также теорию двигателей
регенерацией рабочего тела. Тем не менее первая действующая модель двига-
! ня Стирлинга была быстро забыта. Лишь в 1868 г. конструкция была усовер-
шенствована Лемоном, благодаря чему двигатель получил широкое распрост-
р шение в Европе в последней трети XIX века.
Эриксон, Джон (1803—1889) — шотландский и американский изобретатель.
| рудовую деятельность начал в тринадцать лет юнгой-механиком на судне. Ув-
лекся конструированием двигателей. Изобрел двигатель внешнего сгорания с
рнбочим телом, управляемым системой клапанов. В эти времена в Шотландии
и без того выпускалось много паровых двигателей, работающих на шахтах и ма-
цу<|к1ктурах, и двигателям Эриксона не нашлось места. Поэтому он в 1839 г.
переехал в США, где организовал их производство. В XIX столетии тысячи
двигателей его конструкции работали в Америке в различных областях про-
мышленности.
Достоинством двигателя Стирлинга, как и всякого двигателя внеш-
него сгорания, является возможность использовать любе топливо.
67
Можно обойтись и вовсе без топлива, так как для нагревания рабочего
тела достаточно любого источника тепла, например, электрического
нагревателя, солнечной батареи или теплоносителя, получающего теп-
ло, например, от атомного реактора. Двигатели Стирлинга, не связан-
ные с процессом горения, могут быть отнесены к абсолютно чистым с
экологической точки зрения. Если же двигатели используют органи-
ческое топливо, то они в экологическом отношении все равно превос-
ходят двигатели внутреннего сгорания. Это объясняется тем, что про-
цесс непрерывного горения топлива в не очень жестких условиях орга-
низовать сравнительно легко. В двигателях Стирлинга мало источни-
ков шума: нет клапанов, нет периодических взрывов топлива в камере
сгорания, сопровождающихся быстрым нарастанием давления, нет по-
тока отработавших газов, проносящихся через выхлопную трубу. Нако-
нец, анализ теплового цикла Стирлинга (см. раздел 2.1) показывает, что
для совершения одной и той же работы двигатель Стирлинга требует в
несколько раз меньшей степени сжатия, чем дизель или карбюратор-
ный двигатель.
Недостатки двигателей Стирлинга заключаются в низком термичес-
ком КПД, объясняемом большими потерями тепла при охлаждении ра-
бочего тела. Кроме того, процессы нагревания и охлаждения рабочего
тела протекают сравнительно медленно. Поэтому двигатели Стирлин-j
га тихоходны. Некоторые трудности вызывает синхронизация враще-
ния коленчатого и эксцентрикового валов. Двигатели Стирлинга в
1,5—2,0 раза дороже соответствующих им по мощности дизельных дви-
гателей. Серьезной практической проблемой, окончательно не решен-1
ной до сих пор, являются утечки рабочего тела через уплотнения порш-
ня. Это заставляет время от времени пополнять его запас в цилиндре.
Если же в качестве рабочего тела используется водород, то возникает
опасность водородной коррозии некоторых деталей двигателя. Кроме
того, при высокой температуре наблюдается фильтрация водорода че-
рез твердые тела.
Тем не менее двигатели Стирлинга сегодня вновь рассматриваются
как перспективные. Однажды пережив свой расцвет в XIX веке, они
могут упрочить свои позиции в веке XXI. Особенный интерес вызыва-
ют экологически чистые варианты двигателей, получающие тепло не от
сгорания топлива, а от других источников, например энергии Солнца
или распада тяжелых изотопов. Во всяком случае, сейчас разработаны
и используются двигатели Стирлинга для космических кораблей, под-
водных лодок, для аппаратов искусственного сердца.
68
Д.5. Общая характеристика двигателей
Ниже в табл. 2 приведено сравнительное описание достоинств и не-
юстатков двигателей различных типов.
1.6. Котельные установки
Котельные установки предназначены для получения горячей воды и
перегретого (с температурой выше 100°С) пара. Вода используется в се-
III теплоснабжения, пар — для получения электричества, как теплоно-
ситель и в других технологических целях. Перегретый пар получают в
и.фогенераторных установках. Наиболее распространена П-образная
форма котла, представляющая собой две шахты, соединенные вверху
юризонтальное перегородкой — дымоходом. Первая шахта представ-
ляет собой топку. В ней происходит сгорание топлива и расположены
। рубы экрана. Объем топки колеблется от I до 30 тыс. м3. Вторая шах-
i.i несколько меньше. В ней находятся конвективные поверхности наг-
pi-iia. Принципиальную схему парогенераторной установки (рис. 39)
|цжно рассматривать как сочетание трех потоков: топливо — дымовые
। । ил, воздух, вода — пар. В качестве топлива используются природный
11, мазут и пылевидный уголь. Рассмотрим установку, работающую на
t.iiy re. Ее топливная система включает в себя подогреваемые емкости
i in хранения мазута (1), фильтр грубой очистки (2), подогреватели
Гис. 39. Принципиальная схема парогенераторной установки проточного типа
। системой топливоподачи: 1 — обогреваемая емкость для мазута; 2 —
фильтр грубой очистки; 3,5 — подогреватели; 4 — фильтр тонкой очистки;
п - горелка; 7 — топочное пространство котла; 8 — экономайзер; 9 — трубы
нижнего экрана; 10 — трубы переходной зоны; 11 — трубы верхнего экрана;
I? - пароперегреватель; 13 — воздухоподогреватель; 14 — конвективная
камера; 15 — дымосос
69
'. ' '"-Таблица 2
Сравнение достоинств и недостатков двигателей различных типов
Тип двигателя	Транспортное средство, на котором он устанавливается	Основные достоинства	Основные недостатки
1	2	3	4
Бензиновые карбюраторные	Автомобили всех типов, малая техника; небольшие самолеты и вертолёты	Двигатели, производство которых наиболее полно обеспечено современной материальной базой	Высокая инерцион- ность по коэффициен- ту избытка воздуха, не позволяющая пол- ностью использовать преимущества катали- тических нейтрализато- ров отработавших газон
Бензиновые с впрыском	Автомобили и другие транспортные средства всех типов	Повышенная экономич- ность по сравнению с карбюраторными двига- телями. Меньшая требо- вательность к качеству бензина. Возможность эффективного использо- вания каталитических нейтрал изаторов	Более сложная конструкция, чем у карбюраторных двигателей. Более высокая стоимость
Роторно- поршневые двигатели Ванкеля	Автомобили и мотоциклы (ограниченное применение)	Бесшумность. Легкость форсирования по оборо- там (хорошая характе- ристика крутящего мо- мента), обеспечивающая быстрый разгон. Малая требовательность к окта- новому числу бензина	Сложность конструк- ции и дороговизна. Малая экономичность и повышенный расход масла на угар. Повы- шенная токсичность продуктов сгорания
Дизельные	Автомобили всех ти- пов, тракторы, воен- ная наземная техни- ка, тепловозы, морс- кие и речные суда. Кроме того исполь- зуются стационарно (дизель-генераторы и дизель-насосы)	Высокая экономичность по сравнению с бензиновыми двигателями	Высокая материало- емкость и громоздкие габариты
Газотурбинные	Большегрузные автомобили, танки, тепловозы, морские и речные суда	Неприхотливость к топливу. Малая ток- сичность продуктов сгорания. Хорошая характеристика кру- тящего момента	Повышенные требова ния к точности изго товления и жаропроч- ности материалов. Плохая работа на неус тано вившихся режи- мах (остановки, разгон и торможение). Высо- кий расход топлива. Повышенная шум- ность
70
Окончание таблицы 2
1	2	3	4
Реактивные	Сахмолеты и вертолеты	ВоЗхМОЖНОСТЬ достиже11 ия очен ь высоких скоростей	Сложность конструкции и дороговизна. Особые требо- вания к конструкционным материалам. Повышенная шумность. Большой расход топлива
Ракетные	Ракеты	Возхможиость дос- тижения очень высоких скорос- тей и работы в безвоздушнохМ пространстве	Большой расход топлива. Шумность
Стирлинга	Морские и речные суда. В перспективе возможны другие области применения	Бесшухмность. «Всеядность» по отношению к топливу. Малая токсичность про- дуктов сгорания	Сложность конструкции. Жесткий тепловой режим, требующий жаропрочных материалов. Тихоходность
।  .5), фильтр тонкой очистки (4), обогреваемый трубопровод (6), го-
ренки с форсунками (7). Через форсунки мазут в тонкораспыленном
1 >стоянии впрыскивается в топку (8) и сгорает. Температура в топке
 вставляет 1700— 1900°С. Из топки продукты сгорания в виде дымовых
и <ов через газоход (9) и конвективную камеру (10) отсасываются ды-
U1COCOM (11) и через систему очистки выбрасываются в атмосферу. По
нуги они нагревают воду и воздух, подводимые к форсунке. Вся систе-
ма устроена так, чтобы максимально использовать полученное тепло.
1смпература дымовых газов на выходе из конвективной камеры состав-
ляет 120—150°С. Кроме того, приходится учитывать, что в воде, хотя и
прошедшей водоподготовку, остается некоторое количество солей, ко-
 • >рые могут отлагаться в трубах при ее испарении. Вода проходит через
1 опомайзер (11), расположенный в конвективной камере, где предва-
рительно нагревается и поступает в трубы экрана (12), расположенные
п сопке. Здесь происходит частичное испарение воды (примерно на
"%), при этом содержащиеся в ней соли остаются растворенными в
 ндкой фазе. Пароводяная смесь из труб экрана проходит в пароперег-
г натель (13), расположенный в газоходе, где вода окончательно испа-
р ц-тся и пар нагревается до нужной температуры. В пароперегревателе
ии откладываются на внутренней поверхности труб, которая перио-
дически промывается содовым и другими растворами.
Поскольку мазут не образует с воздухом гомогенной смеси, очень
пижна эффективная работа устройств, впрыскивающих мазут в топку.
I те на заре котлоэнергетики русский инженер В. Г. Шухов предложил
71
для лучшего распиливания мазута параллельно с ним подавать в горел
ку перегретый водяной пар.
Шухов, Владимир Григорьевич (1853—1939), выдающийся русский инженер.
В 1876 г. окончил Московское Высшее Техническое училище. Работал инжене-
ром на ряде промышленных предприятий. Основные работы Шухова относя ! •
 ся к теплотехнике, технике нефтяной промышленности и строительному делу.
Он проектировал и руководил постройкой первого российского нефтепровода
(Балаханы — Черный город, Баку), строительством телевизионной башни и
Москве (башня Шухова на Шаболовке) и других объектов, разрабоча ।
конструкции многих аппаратов и установок процессов нефтепереработки
Впервые в мире осуществил промышленное факельное сжигание мазута с
мощью изобретенной им форсунки. Благодаря таким специалистам, к;и.
Шухов, звание инженера в Российской империи ценилось так же высоко, к;п
звание профессора или генерала.
Способ, предложенный В. Г. Шуховым, в усовершенствованном ни
де используется и по сию пору. В настоящее время по способу распы
ливания топлива форсунки делятся на три типа:
—	механические, в которых для распыления топлива используется
потенциальная энергия его потока;
—	пневматические, в которых распыливающим агентом является
воздух или водяной пар;
—	комбинированные, пневмомеханические, в которых сочетаются оба
названных выше способа. Комбинированные форсунки наиболее
распространены.
Подача топлива и распыливающего агента в пневматических фор
сунках может осуществляться параллельными потоками (спутно), поя
углом друг к другу или встречно. В любом случае стремятся достичь
максимальной турбулентности потоков. Воздух подают или один раз, и
начало факела (одноступенчатые форсунки), или два и несколько раз по
длине струи — многоступенчатые форсунки. Подача вторичного возду
ха обеспечивает эффективное дробление струи топлива. В зависимости
от давления распыливающего агента форсунки бывают высоко- (более
0,1 МПа), средне- (0,07—0,1 МПа) и низконапорные (до 0,07 МПа).
Жидкость к соплу подводится прямой струей (струйные форсунки)
или через камеру закручивания (центробежные форсунки) для дости
жения большей турбулентности. На топливную струю можно оказан,
дополнительное воздействие при помощи генераторов искусственных
колебаний (гидродинамических, пьезокристаллических и др.) или
электростатических полей. На рис. 40 представлена схема форсунки
наиболее распространенного типа — центробежной. По устройству она
похожа на воронку. По внутренней касательной в эту воронку поддан
лением 2,5—4,5 МПа впрыскивается разогретый мазут. Его поток за
кручивается и формирует на стенках пленку, продвигающуюся к соплу.
72
F
им: ИО. Схема центробежной паромеханической форсунки: 1 — мазутопровод;
I - сопло; I — мазут; II — пар; III — распыленная масса. Пунктиром показано
мижение пленки мазута на внутренней конической поверхности форсунки
рицина пленки составляет 1,5— 2,0 мм. Из сопла она выбрасывается в
(де конуса. Под действием гидродинамических сил пленка начинает
Un вся на отдельные капли, размер которых колеблется от 1,5—2,0 мм
(Минина пленки) до самых маленьких. Средний размер капель мазута
ктапляет около 300 мкм. Для более эффективного распиливания в
прсунку подают пар. При этом средний диаметр капель мазута колеб-
нем от 50 до 100 мкм. Между размером капли мазута, объемом топки
се тепловой напряженностью существует взаимосвязь. Размер капли
Riyra должен быть таким, чтобы время ее выгорания не превышало
кмени пребывания мазута в топке. Иначе топливо сгорит не пол-
ог । ыо, снизится КПД установки и увеличится дымность уходящих га-
ри Например, капля мазута диаметром 1,5—2,0 мм выгорает в течение
с В этом случае подача мазута должна быть такой, чтобы минималь-
ное время его пребывания в топке тоже составляло 2 с. Тепловое нап-
ШАСпие топки при этом составит около 200 кВт/м3. При необходимос-
ти увеличить производительность котла приходится увеличивать его
М 1меры или же добиваться более эффективного распыливания топли-
|И Эффективность распыливания топлива зависит от конструкции
SipcyiiKH и физико-химических характеристик мазута. При использо-
iiiiii паромеханических форсунок тепловое напряжение может быть
гипчсно до 300 кВт/м3. Если в качестве топлива используется при-
1ЛИЫЙ газ, образующий практически идеальную топливную смесь,
новое напряжение увеличивается до 350 кВт/м3, что, вероятно,
||nAiio считать максимально возможной величиной для котла.
Конвективная камера содержит пучки труб экономайзера, по кото-
рым проходит вода. Снаружи трубы омываются потоком дымовых га-
|нв, приходящих из переходной зоны. Температура в конвективной ка-
Ире составляет 400—500°С. При этой температуре на внешней поверх-
Ииеги труб оседают продукты неполного сгорания мазута — органичес-
часть — и зола. При хорошо отлаженном процессе горения содер-
Idiiiic органической части в отложениях составляет не более 10—20%.
кии горение протекает плохо, то содержание органической части уве-
Минается до 70—80%. Образование отложений ухудшает теплопереда-
73
чу и снижает КПД конвективной камеры. Кроме того, отложения сор
бируют оксиды серы и соответствующие им кислоты, образующиеся
при сгорании сернистых мазутов. Это увеличивает опасность коррозии
труб. Поэтому золовые отложения периодически удаляют. Одним hi
самых старых, но очень эффективных методов удаления отложений ян
ляется дробеочистка, когда на трубы с большой высоты сбрасывают чу-
гунную дробь. Зола и сажа подхватываются дымососом и выносятся и
трубу, которая в эти минуты дымит в несколько раз сильнее обычного,
В последнее время дробеочистка, как варварский способ, заменяется
на другие методы, например импульсную очистку ультразвуком.
Система очистки дымовых газов. Дымовые газы котельных установок
несут с собой значительное количество золы, сажи, оксидов серы и азо
та. Поэтому перед выбросом в атмосферу их полагается очищать. Для
улавливания золы используют циклоны и электростатические филы
ры. Принцип работы циклона заключается в закручивании потока га
зов, при котором твердые примеси центробежной силой отбрасывают
ся к стенкам аппарата. Если необходимо, циклоны объединяются в ба
тареи. Степень улавливания золы в циклонах составляет 92—96%. Для
повышения эффективности золоулавливания по стенкам циклонон
пускают тонкой пленкой воду (влажные циклоны). На крупных ТЭП
эффективны электрофильтры, задерживающие до 99—99,5% золы.
Очистку дымовых газов от газообразных загрязнителей осущест-
вляют в скрубберах, промывкой водой и жидкими растворителями
(наиболее эффективны системы жидкого орошения), на сорбентах
(силикагель, диатомовая земля, активированный уголь). Иногда, если
при сгорании не образуются вредные продукты, такие как хлористый
водород, сернистый газ и др., возможно прямое сжигание токсичных
веществ.
Экологическая характеристика котельных установок. Котельные ус-
тановки отличаются от транспортных средств тем, что представляю!
собой мощные точечные источники выбросов. С одной стороны, это
увеличивает давление на близлежащую среду, с другой — упрощает
очистку продуктов сгорания топлива. При сгорании мазутов образуют-
ся те же продукты, что и при сгорании дистиллятных топлив, но в иных
соотношениях. Кроме того, стопочными газами выбрасывается замет-
ное количество оксидов ванадия. Ниже представлены количественные
характеристики выбросов при сгорании высокосернистого мазута.
Приведены также индексы токсичности, характеризующие степень
токсичности вещества и представляющие собой отношение концент-
рации вещества в продуктах сгорания к значению его ПДК (табл. 3).
Как видно, наиболее токсичными выбросами при сгорании мазутов
являются сажа, оксиды ванадия и серы. Сажа и пентоксид ванадия, как
механические частицы, могут быть задержаны фильтрами и циклона-
74
Таблица 3
Компоненты	Максимальная концентрация в дымовых газах, г/м3	ПДК, мг/м3	Индекс токсичности, усл. ед.
	1200	0,085	1400
»в-а-пирен	0,001	0,000001	1000
•итоксид ванадия	30	0,002	15000
«а	1000	0,05	20000
	6000	0,5	12000
ч)малыегид	12	0.012	1000
	300	1	300
(. оксиды серы — поглощением растворами щелочных реагентов.
Иогда с целью уменьшения образования коррозионно-агрессивных
сидов серы в мазут добавляют известняк, хлорид магния и другие со-
мнения, переводящие серу в инертные сульфаты. Это тоже способ-
Тпует уменьшению эмиссии оксидов серы.
75
A’Vf
2. ПРОЦЕСС
2.1. Термодинамика и тепловые циклы
Энергия пара использовалась еще в античной древности, имелись и
двигатели, ее использующие, но паровой двигатель в современном
«классическом» виде был сконструирован и запатентован Д. Уаттом и
1769 году. Изобретение Уатта ускорило техническую революцию в евро
пейских странах. Тепловая энергия оказалась эффективней, универ
сальней и удобней, чем мускульная сила животных и человека, энер| ня
ветра или падающей воды. Изучением теории тепловых процессов ы
нялась новая наука термодинамика, которая за короткое время достш
ла впечатляющих успехов и распространила свое влияние не только и.,
технику, но и другие области знания, например химию, биологию и
даже философию. Основываясь на законе сохранения материи, термо
динамика установила, что ни один двигатель не может совершить боль
шей работы, чем получит энергии от топлива. Иными словами, двш.з
тель только преобразует энергию, но не создает ее. Так было сформулч
ровано первое начало термодинамики, которое записывают следую
щим образом:
&Q = A + &U,
где Д0~ количество тепла, полученное при сгорании топлива; А — по
лезная работа, совершаемая рабочим телом, получившим тепло; ДТ
прирост внутренней энергии рабочего тела, который обеспечивается и
счет увеличения кинетической энергии движения составляющих тг ю
частиц: молекул, атомов, электронов, а также энергии взаимодействии
между ними.
Уатт, Джеймс (1736—1819), шотландский физик, механик, изобретатен
Вейлу стесненных материальных условий, в которых находилась его семы,
высшего образования не получил. Работал механиком на различных предпри
ятиях, в том числе в мастерской университета г. Глазго. Здесь впервые познам-
милея с паровыми двигателями, получивдля ремонта модель паровой машпии
Ньюкомена, использовавшейся для откачки воды из шахт. Заинтересовавши! ,
паровыми машинами, внес в них ряд усовершенствований, в частности разд,-
лил цилиндр, в котором пар совершал работу, и конденсатор, которому пар о,
давал избыток тепла (до этого оба процесса совершались в одном цилиндре
для того чтобы сконденсировать отработавший пар, в цилиндр впрыскивали
холодную воду). Эго позволило поддерживать постоянно высокую температур
в цилиндре. Уатту принадлежат еще несколько важных изобретений, в частно,
ти центробежный регулятор. Несмотря на то что Уатт не имел официально,,'
76
ui.K iiiero образования, современники отмечали его высокую эрудицию, причем
> (олько в технике или смежных областях, но также в языкознании и литсра-
 ।и-. Именем Уатта названа единица мощности Ватт.
При получении тепла от постороннего источника рабочее тело, за-
ключенное в цилиндре, расширяется и толкает перед собой поршень,
гпнершая работу. Может оказаться так, что количество полезной рабо-
1Ы будет полностью эквивалентно количеству получаемого тепла.
II пом случае прироста внутренней энергии рабочего тела не произой-
IVI, а температура его останется неизменной. Такой процесс называют
Нюгсрмическим. Если же на полезную работу израсходуется не все
Vfiuio, то его излишек пойдет на увеличение внутренней энергии рабо-
•|гк> тела. Это выразится в повышении его температуры, то есть, как мы
уже сказали ранее, в увеличении кинетической энергии составляющих
if но молекул. Позднее эта энергия может быть использована для вы-
1|шшения дополнительной работы. Таким образом, в самом оптималь-
ном случае (изотермический процесс) количество работы может быть
|кинвалентно количеству тепла, но никак не больше. Этим выводом
f)i.in положен конец надеждам на вечный двигатель, вырабатывающий
Чнгргию из ничего, с коэффициентом полезного действия более 100%
Пи-чпый двигатель первого рода).
В дальнейшем было установлено, что тепло никогда не идет пол-
ило на совершение работы или увеличение внутренней энергии те-
1асть его, и не маленькая, передается в окружающую среду. При
1 речь идет не о случайных утечках тепла. Совершив полезную ра-
оставшееся тепло рабочее тело отдает холодильнику (конденсиру-
। отработавший пар) или уносит с собой (в воздухе рассеиваются
шх.юпные газы). Таким образом, невозможен и вечный двигатель вто-
|Ино рода, КПД которого равен 100%. Это буквально судьбоносное для
ггчннки открытие сопровождалось разработкой понятия энтропии как
меры потенциальной энергии, безвозвратно утрачиваемой при превра-
|||1чц|ях любой физической системы. Красивый термин, в отличие от
ilpvi их терминов термодинамики, приобрел универсальное значение с
Некоторым демоническим оттенком благодаря популяризаторам науки
п опорам научно-фантастических произведений. В технике же это оз-
ию, что недостаточно иметь океан энергии. Необходимо, чтобы
подался ее переток, например, передача тепла от более нагретых
рхностей с температурой Т{ к менее нагретым с температурой Т2.
к но провести аналогию с потоком воды, падающим с уровня Н{ на
ишь Н2. Разница между этими уровнями заключает в себе работу,
>рую может совершить вода, раскручивая, например, колесо турби-
Чем эта разница больше, тем больше работы будет совершено. Так
и в тепловой машине — чем больше разница между 7, и Т2, тем
77
♦
больше работы выполнит тепловая машина1. При переносе тепла oi
нагретого тела к холодному (менее нагретому) разница между Г, и 7(
уменьшается, соответственно уменьшается количество работы, кого
рая может быть выполнена, а количество энтропии, согласно определг
нию, увеличивается. Можно позволить себе еще одну вольную анал<>
гию. Подобно тому, как потенциальная энергия означает ту работу, ко
торая в определенных условиях может быть совершена, энтропия озп.1
чает ту работу, которая уже никогда не будет выполнена. Возможны ни
процессы с нулевой энтропией? Несомненно. Это обратимые равно
весные процессы, при которых система всегда может вернуться в н<
ходное состояние. Однако в результате подобных процессов никакоп
полезной работы не совершается. Насколько свидетельствует челош
ческий опыт, процессы с отрицательной энтропией невозможны.
В паровой машине пар, являющийся рабочим телом, получает тени,
от внешнего источника (топки), расширяется в цилиндре, толкая пер .
собой поршень, и, совершая полезную работу, затем продолжает раснш
ряться в конденсаторе-холодильнике, которому отдает избыток тепи.1
Конденсат возвращается в водяную цистерну, вода нагревается подд.н'
лением, и новая порция пара поступает в цилиндр. Состояние рабочей
тела в этом процессе может быть представлено графически в систем,
координат p-v (давление — объем). Это так называемый цикл Ренкпи.»
(рис. 41). Линия Л7?соответствует процессу нагревания и испарения ш.
ды в котле. Пар поступает в цилиндр и толкает поршень, совершая п<.
лезную работу (ВС). Отработавший пар поступает в конденсатор, i 1.
вновь превращается в воду. При этом холодильнику передается ocian
шееся тепло, а объем рабочего тела уменьшается (CD). Для того что!и.,
вернуть воду в котел, ее надо сжать питающим насосом до давления и
котле (DA). Линия АВ называется изобарой, поскольку давление в koi ш
при ее испарении поддерживается постоянным. Расширение пара в цн
линдре (ВС) происходит без теплообмена с окружающей средой (утсч
ками тепла пренебрегают). Такой процесс называется адиабатическим
Конденсация пара происходит по изобаре (CD), зато при подаче воды и
котел (DA) меняется только ее давление, но не объем, так как жидкое i и
практически несжимаемы. Линия DA называется изохорой.
Ренкин, Вильям Джон (1820—1872) — шотландский математик, физик, ин
женер-теплотехник. В 1838 г. окончил Эдинбургский университет. Работал ни
женером в Ирландии, затем профессором в университете Глазго. Один из осип
воположников термодинамики. Написал ряд фундаментальных учебников и.,
прикладной математике, паровой механике, строительству судов.
1 Представления о потоке теплоты естественным образом вытекали из теории теп и.
рода, рассматривавшей теплоту как своеобразную жидкость. Этой теории большое iii.i
чение придавал Лавуазье, который относил теплород наряду со светом и кислородом *
трем простейшим элементам, составляющим все царство природы.
78
<11 Идеальный тепловой цикл
|вои машины (цикл Ренкина).
1н»ния в тексте. Стрелками
L и далее, на рис. 42-48
ины подвод и отвод тепла
Таким образом, рабочее тело в па-
ровой машине претерпевает цикли-
ческое превращение, а роль его сво-
дится к передаче тепла от источника к
холодильнику. Создаваемый рабочим
телом поток тепла совершает полез-
ную работу. Ее количество пропорци-
онально площади фигуры, ограничен-
ной циклом. В самом деле, для того
чтобы подсчитать работу, совершае-
мую при расширении рабочего тела,
надо проинтегрировать уравнения
кривых АВС. Этот интеграл будет ра-
вен площади ABCcdA. Из этой работы
Вдусг вычесть работу, совершаемую при охлаждении и конденсации
Инчсго тела: плошадь DCcdD. Разность площадей ABCD и будет по-
knoii работой.
I «Французский инженер Карно задался мыслью, какой процесс в за-
нном интервале температур обеспечит наибольшую полезную работу,
ш интуитивно утверждал, что для этого процессы получения тепла от
тпчиика и передачи лишнего тепла холодильнику должны происхо-
•"I но изотермам (выше мы говорили, что в этом случае все тепло
i остью превращается в работу), а расширение рабочего тела и его
не — по адиабатам, то есть без потерь на теплообмен с окружаю-
• редой. Его мысль, граничащая с откровением, была убедительно
перждена после того, как было сформулировано второе начало
ыоюдинамики, а это случилось через три года после открытия Карно.
А Адиабата — кривая, описывающая состояние рабочего тела в условиях пол-
I и юляции от окружающей среды. В таких условиях теплообмен с внешней
отсутствует, процесс обратим, а энтропия процесса равна нулю. Поэто-
йниабату называют также изоэнтропой. Математическим выражением ади-
ftii.i служит уравнение pvk = const, где к — показатель адиабаты, равный:
1 „/cv, то есть отношению теплоемкости рабочего тела при постоянном дав-
। к его теплоемкости при постоянном объеме. Из технической термодина-
известно, что чем больше к, тем выше КПД тепловой машины. Значение
|иза, составленного двухатомными молекулами (к нему можно отнести
ч), равно 1,41, а для газа, составленного трех и более атомными (напри-
'родукты сгорания углеводородов), — 1,29.
начала цикл Карно изображался в системе координат давление —
а (рис. 42, а), а после того, как было введено понятие энтропии, и
геме координат энтропия — температура (рис. 42, б). Можно
гавить себе рабочее тело (пар), находящееся между источником
' । - нагревателем и холодильником (рис. 43). В точке А (см. рис. 42)
79
& а 6
v	$
Рис. 42. Схема идеального цикла Карно: а — в координатах Р— V-, б — в
координатах T—S. Пояснения в тексте
предварительно сжатое рабочее тело начинает получать тепло от наг»
вателя, нагревается до температуры и начинает расширяться, толкЯ
перед собой поршень и совершая таким образом работу (кривая АВ). Я
все время расширения тело продолжает получать тепло, но оно рас»
дуется только на расширение таким образом, что температура рабочем
тела не меняется, так как давление падает, а объем соответствующие
образом увеличивается. Общее количество тепла, полученного от щ!
точника, составляет Qf. После того как поршеньдойдет до предела, pl
бочее тело, вырываясь на свободу, продолжает расширение (ВС), но, il
получая дополнительного тепла, при расширении охлаждается до к-Л
пературы Т2. В это время оно полностью изолировано и от источит .^
и от холодильника. Следующий этап цикла заключается в том, что p.i
бочее тело вступает в контакт с холодильником и отдает ему тепло Р
(CD). Для того чтобы цикл завершился, Карно ввел условный этап сяа
тия (DA), при котором рабочее тело возвращалось в исходное сосни
ние. Сжатие происходит также в адиабатических условиях, то есть •>.
контакта с окружающей средой. При этом его температура вырасг.п
до значения	и процесс возвращается в исходную точку. Кривые АН.
CD являются изотермами, так как температура рабочего тела пол к р
живается постоянной благодаря контакту с нагревателем или хоти
дильником. Кривые ВС и DA являются адиабатами, поскольку описи»
вают процессы, протекающие в изолированном пространстве без кон*
такта с окружающей средой. В системе координат Т — S цикл Карпф
представлен в виде прямоугольника, составленного двумя изотерм.imi|
и двумя изоэнтропами (адиабатами).
Карно, Николя Леонар Сади (1796—1832) — французский инженер, сын un i
него деятеля Французской буржуазной революции Лазаря Карно. Окончил
80
. 43. Схема работы идеального поршневого двигателя как пояснение к
лу Карно: 1 — нагреватель; 2 — холодильник; 3 — поршень; АВ —
учение тепла от нагревателя; ВС — адиабатическое расширение; CD —
•дача оставшегося тепла холодильнику; DA — адиабатическое сжатие.
1ктирной стрелкой показано направление движения поршня
штсхническую школу в Париже. Некоторое время служил в армии артилле-
1ским офицером, затем вышел в отставку и занялся теорией тепловых Ma-
П. В 1824 г. на собственные средства издал свой единственный научный труд
змышления о движущей силе огня и машинах, способных реализовать эту
|у». В этой книге он впервые высказал мнение, что работа совершается при
•ЧН'чоде от нагретого тела к менее нагретому и предложил идеализированный
юной цикл. Работа неизвестного автора не была замечена и могла пропасть
। пауки, если бы через десять лет на нее не обратил внимание выдающийся
ни Клапейрон. Благодаря ему идеи Карно оказали определяющее влияние
развитие термодинамики и теплотехники. Ими руководствовались Р. Клау-
। it У. Томсон, сформулировавшие второе начало термодинамики.
Клапейрон, Бенуа Поль Эмиль (1799— 1864) — французский физик и инже-
> В 1818 г. окончил Политехнический институт в Париже, затем преподавал
' Ьчербургском институте инженеров путей сообщения, а с 1830 г., вернув-
 i> и Париж, был профессором в Школе мостов и дорог. Одним из первых об-
ил внимание на основополагающую работу Карно. Анализируя его матема-
ичгкие выкладки, впервые применил графический метод изучения тепловых
щессов и построил первые индикаторные диаграммы. В 1834 г. опытным пу-
i вывел уравнение состояния идеального газа, которое в его интерпретации
г но вид: pV= ВТ, где В— постоянная, зависящая от природы газа и его мас-
Современный вид уравнения принадлежит Д. И. Менделееву: pV= nRT,
И — число молей газа, a R — универсальная газовая постоянная, равная
I4 Дж/моль-К.
Напомним, что Карно рассматривал идеальный цикл. В действи-
ii.noM цикле неизбежны потери тепла из-за утечек, затрат на механи-
кие процессы и пр. Однако идеальные модели удобны для принци-
ыльных теоретических выводов. Рассматривая цикл Карно, мы мо-
м извлечь для себя немало интересного. Во-первых, ясно, что тепло,
лученное рабочим телом, не может полностью превращаться в по-
тую работу (А). Последняя эквивалентна разности между количест-
81
ве
пом тепла, полученного от нагревателя (Q^), и тепла, отданного холо-
дильнику1 (02):
А = G, - 02-
Отношение количества тепла, затраченного на полезную работу, к
общему количеству полученного тепла называется коэффициентом по
лезного действия:
кпд = (е,-(22)/е1 = 1-е2/01.
Рассматривая цикл Карно в координатах Т— S(см, рис. 42, б) и ис-
пользуя выражение энтропии dS= bQ/T, можно записать: Qt = Tt(S2
— 5]) и Q2 = T2(S2 — 5]). В таком случае КПД = 1 — T2(S2 — Sl)/Ti(S2
— 5]) = 1 — Т2/Т\. Таким образом, коэффициент полезного действия
тепловой машины в цикле Карно зависит только от начального и ко
нечного значений температур рабочего тела и не зависит от количества
выполненной работы. Он тем выше, чем выше температура нагревате
ля и ниже — холодильника. Как легко заметить, КПД не может быть
равен 100%. В этом случае температура Т2 должна была бы равняться
абсолютному нулю или "1\ — бесконечности, что недостижимо. Даже
если в нашем распоряжении окажется гипотетический холодильник с
температурой Т2 = 0 К, по мере работы он будет нагреваться от рабочс
го тела и Т2 приобретет значимую величину. Более того, КПД в цикле
Карно имеет наибольшее значение, к которому в реальных условиях
можно только стремиться, но достигнуть нельзя. Этому препятствую!
потери тепла в окружающую среду через стенки тепловой машины, зат
раты энергии на трение, сопротивление воздуха и т. д. То, насколько
КПД реального двигателя близок к идеальному КПД, характеризует,
насколько хорошо в этом двигателе организован рабочий процесс. Ре-
альный КПД двигателя составляет 30—70% от идеального КПД цикла
Карно.
Изучая цикл Карно, Р. Дизель решил на практике осуществить цикл
с максимально возможным КПД. Он попытался создать двигатель, и
котором рабочее тело получало бы тепло и совершало рабочий ход п
изотермическом процессе, для чего в камеру сгорания маленькими
порциями с расчетной скоростью вводилось топливо — угольная пыль.
Первая конструкция Дизеля оказалась неосуществимой, но в конце-
концов он построил другой, но тоже очень экономичный, двигатель с
воспламенением от сжатого в компрессоре воздуха и подводом тепла
при постоянном давлении. Для этого степень сжатия рабочего тела
(воздуха) составляла десятки атмосфер. В бензиновом двигателе увели-
чение степени сжатия лимитируется детонацией. Зато вдизельном дви-
гателе оно только приветствуется. Правда, при этом растут теплона-
1В двигателе внутреннего сгорания это разница между теплом, полученным при сго-
рании топлива, и теплом, унесенным с отработавшими газами.
82
•г । кенность1 и нагрузки. Но это не очень большая беда: детали двига-
и можно сделать помассивнее и из более прочных материалов.
11<>льзуясь формулой Карно, подсчитаем идеальный термический КПД да-
нного двигателя. Средняя температура в камере сгорания (Гр составляет
"и < ’ или приближенно 2100 К. Температура отработавших газов (Т^) в выпу-
। тракте зависит от нагрузки и других условий. Примем ее за 370°С или
В этом случае: КПД = (2100 - 650)/2100 = 0,69. Иными словами, при
lx параметрах процесса КПД дизельного двигателя никак не может быть
69%. Напомним, что это — идеальный КПД. В действительности КПД
я гораздо меньше и составляет 36—42% в зависимости от типа смесеобра-
пя. При одной и той же максимальной температуре в камере сгорания
ратура ОГ карбюраторного двигателя выше и в общем случае составляет
К. Таким образом, идеальный КПД карбюраторного двигателя: (2100 —
<))/2100 ~ 52%. Подсчитаем также тепловой КПД примитивной паровой
иы. В цилиндры паровоза подается перегретый пар, температура которо-
иако, не слишком превышает 1 ()()°С. Ее можно принять за 400 К. Темпера-
ипотетического холодильника — это температура окружающей среды, то
>()0 К. Отсюда КПД = (400—300)/400 = 0,25. Таким образом, 25% — макси-
что можно выжать из поршневой паровой машины паровоза. В реальных
иях КПД паровоза составляет около 5%. Современные паровые машины
io экономичнее. Для примера читатель может сам подсчитать идеальный
нюй КПД паровой турбины, у которой температура пара за пароперегрева-
। Tj составляет 55()°С, а температура охлаждающей воды Т2 — 20оС.
(питатели внутреннего сгорания имеют ряд принципиальных отли-
чий от паровой машины. Во-первых, рабочим телом выступает не инерт-
ный пар, а сначала воздух или гопливовоздушная смесь, сжимаемые в
чн пиидре, затем продукты сгорания. Во-вторых, тепло вд.в.с. подводит-
рабочему телу не от постороннего источника, а в результате сгора-
самого рабочего тела. Наконец, после совершения работы рабочее
в виде отработавших газов выбрасывается вместе с остатками тепла,
не менее для д.в.с. также MOiyr быть изображены теоретические, ус-
ю замкнутые, тепловые циклы.
1а рис. 44 и 45 в системе координат давление — объем представлены
льные тепловые циклы поршневых двигателей, работающих с при-
цельным воспламенением и с воспламенением от сжатия. Стрелка-
юказан подвод тепла. Можно заметить, что они похожи во всех дета-
кроме кривой, описывающей подвод тепла. Во всех случаях рабочее
сжимается поршнем до минимального объема (линия CD). В бензи-
.... двигателе сжимается горючая смесь, которая воспламеняется в
|очкс /Эи сгораете выделением большого количества тепла. В идеальном
। лучае этот процесс происходит мгновенно в постоянном объеме каме-
'Тснлонапряжеп костью называется количество тепла, выделяемого на единицу объ-
ема камеры сгорания за единицу времени.
83

Рис. 44. Идеальный тепловой цикл Рис. 45. Идеальный тепловой цикл
Отто	Дизеля
ры сгорания (изохорически) и без контакта с окружающей средой (адиа-
батически). Потери тепла через стенки двигателя в расчет не принимаем.
Рост температуры сопровождается ростом давления по кривой DA. Кри-
вые АВ и ВС имеют то же значение, что и в цикле Карно. В дизельном
двигателе сжатие рабочего тела (воздуха) по кривой DA имеет принципи-
альные отличия. Оно сжимается до давления, обеспечивающего темпе-
ратуру самовоспламенения топлива. Впрыск топлива растянут во време-
ни: когда первые порции топлива горят, а следующие только поступают
в камеру сгорания. За это время поршень успевает продвинуться на не-
которое расстояние. Это продвижение компенсирует нарастание давле-
ния от продуктов сгорания. Поэтому можно считать, что горение топли-
ва (подвод тепла) происходит при постоянном давлении, а кривая Л/?яв-
ляется изобарой. Сказанное выше относится к так называемым комп-
рессорным двигателям, производившимся в конце XIX века. Как мы уже
говорили в первой главе, было предложено подавать топливо в цилиндр
до достижения поршнем верхней мертвой точки. Это позволило полу-
чить смешанный тепловой цикл (рис. 46). Часть давления в цилиндре
обеспечивалась движением поршня (DA), а часть — за счет сгорания топ-
лива (АА'). Таким образом, тепло подводится к рабочему телу сначала
изохорически, затем изобарически. Такой цикл называется циклом
Тринклера. По этому циклу работают все современные дизели.
На рис. 47 представлен тепловой цикл газотурбинной установки. Он
начинается со сжатия воздуха в компрессоре (DA). Затем воздух и топ-
ливо поступают в камеру сгорания, где и происходит процесс горения
(АВ). Продукты сгорания проходят в газовую турбину, где расширяют-
ся и совершают работу (ВС). Линия CD условно замыкает цикл (и
действительности в точке Сотработавшие газы выбрасываются, а из ат-
мосферы забирается новая порция воздуха).
84
>'и<: 46. Идеальный смешанный
«валовой цикл
Наконец, интерес представля-
ет рассмотрение идеального цикла
двигателя Стирлинга (рис. 48).
В каком-то смысле он ближе всего
к идеальному циклу Карно, так
как в двигателе используется одно
и то же рабочее тело, претерпева-
ющее циклические изменения.
В идеальном цикле Стирлинга ра-
бочее тело сначала изотермически
сжимается (CD), после чего при-
нимает тепло в изохорическом
процессе (DA). После этого следу-
ет изотерма (АВ), при которой ра-
бочее тело расширяется и совер-
шает полезную работу. Цикл за-
мыкается охлаждением рабочего тела по изохоре ВС с отдачей тепла хо-
юцильнику. Таким образом, идеальный цикл Стирлинга составлен дву-
ш изотермами и двумя изохорами. В цикле Карно нагрев и охлаждение
• Иючего тела происходит не по изохорам, а по адиабатам. Отсюда сле-
ivct интересный вывод. При одинаковых значениях Pi и Р2 площадь,
нраниченная циклом Стирлинга больше чем площадь, соответствую-
нпя циклу Карно. Как мы помним, площадь, ограниченная циклом,
чюпорциональна полезной работе цикла. Таким образом, при одной и
пй же степени сжатия двигатель Стирлинга должен совершить больше
м1н»ты, чем двигатель Карно. Или наоборот: для выполнения одной и
ч<1 же работы двигателю Стирлинга требуется меньшая степень сжатия.
»ц> подтверждается на практике. Обычно двигатели Стирлинга работа-
i>i при степени сжатия, равной 2—3.
р
47. Идеальный тепловой цикл
Гн.
(вкиурбинной установки
V
Рис. 48. Идеальный тепловой цикл
двигателя Стирлинга
85
2.2.	Подготовка и впуск горючей смеси
в поршневых двигателях
2.2.1.	Подготовка и подача топлива
Во всех случаях подготовка топлива включает в себя фильтрована
Тяжелые топлива подогревают, а иногда освобождают от воды путем
деэмульгирования. Часто перед заливкой в топливные баки или пере
подачей в двигатель в топливо добавляют присадки различного назн;
чения. Качество фильтрования определяется требованиями топливнеп
аппаратуры. Как мы отмечали, наиболее жесткие требования предъяг
ляются к топливам для реактивных и дизельных двигателей. Что кас
ется присадок, то присадки некоторых типов вводят в топливо толы
непосредственно перед использованием. К таким присадкам относят!
моющие, антистатические, антидымные, антинагарные и некоторт
другие. В исключительных случаях в топливо можно вводить депра
сорные присадки, хотя это рекомендуется делать на НПЗ при выработ
ке стандартного продукта. Механизм действия депрессоров таков, чт
их введение в топливо может оказать эффект только в том случае, koi
да присадки добавляются в незастывшее топливо — лучше, если темпе
ратура при этом будет на 5—15°С выше температуры помутнения топ
лива. Тяжелые топлива, вязкость которых с понижением температур!
сильно увеличивается, подогревают. Это касается судовых и котельны
топлив. Углеводороды гигроскопичны, поэтому топливо всегда соде|
жит воду. При 20°С в топливах растворяется 0,05—0,07% мае. воды. Пр
охлаждении вода выделяется из топлив в виде кристаллов, которые з;
бивают топливные фильтры и трубопроводы. Поэтому в топлива инси
да вводят противоводокристаллизационные жидкости. Для реактивны
топлив это является обязательным. Введение противоводокристаллп
занионных жидкостей осуществляется на месте применения топлиш
Это неудобно, но необходимо, так как противоводокристаллизациоп
ные жидкости могут вымываться из топлив водой при хранении и кои
центрироваться в слое подтоварной воды.
Приходится учитывать и наличие воздуха в топливе. В углеводородах пр
нормальных температуре и давлении растворяется 12—15% об. воздуха. Чем ли
четопливо, тем растворимость воздуха в нем выше. В реактивных топливах ран
воряется около 14% об. воздуха. Это, между прочим, означает, что 16-tohib.i
топливозаправщик вместе с топливом подвозит к самолету и закачивает в ег<>
ки почти три кубометра воздуха. Во время резкого набора высоты давление |»
ко падает и воздух активно выделяется в виде пузырьков. Внутрь этих пузырен
испаряется топливо. В результате они растут, образуя паровые пробки, nepcepi
вающие трубопроводы и вызывающие перебои в работе насосов (помпаж).
86
1оворя о растворимости воздуха в топливе, неплохо также помнить, что воз-
\ представляет собой смесь газов, восновном кислорода (21%) и азота (78%),
*|<>рые в углеводородах растворяются по-разному. Растворимость кислорода в
чсводородах при 20°С в 1,6 раза выше, чем азота. Поэтому при выделении из
олива воздух оказывается обогащен кислородом, вследствие чего его окисли-
чьные свойства резко усиливаются.
2.2.2.	Смесеобразование в карбюраторном двигателе
В двигателе топливо сгорает в виде горючей смеси с воздухом.
Количество воздуха, необходимое для полного сгорания углеводородов
Топлива, нетрудно подсчитать, исходя из стехиометрических уравне-
‘ ИЙ. Ниже представлено уравнение полного сгорания изооктана,
Эторый может рассматриваться как идеальная модель бензина:
С8Н,8(ж) + 12,5 О2(г) -> 8 СО2(Г) + 9 Н2О(Г).
I моль, 114 г. 12,5 моля, 8 молей, 9 молей,
163 см3 280 дм3	179 дм3 201дм3.
Объемы кислорода и продуктов сгорания рассчитаны по идеально-
у газу (объем моля — 22,4 дм3). В действительности они несколько
еиыие за счет ассоциации молекул реальных газов.
Таким образом, для сгорания 1 л изооктана (примерно 6 молей) тре-
дтся 1680 л кислорода или 8000 л воздуха (концентрация кислорода в
Идухе при нормальных условиях — 21%). Можно подсчитать, что для
1Ю11Н0Г0 сгорания 1 кг изооктана требуегся 11430 л воздуха. Поскольку
uif.noe топливо представляет собой смесь парафиновых, циклопара-
i новых и ароматических углеводородов, количество воздуха, необхо-
мос для его сгорания, иное. Оно составляет 14—15 м3 на один кило-
imm топлива. Для обеспечения полноты сгорания, обычно берут воз-
\.i немного больше. В некоторых случаях, например при форсаже дви-
ц‘ля, подают избыток топлива. Соотношение между фактическим и
буемым количеством воздуха называют коэффициентом избытка воз-
х.|, а, который может быть больше или меньше единицы. При избыт-
ноздуха, когда а > 1, горючая смесь называется бедной (топливом);
и недостатке, когда а < 1, говорят о богатой смеси. В нормальной сте-
пмстрической смеси а = 1. Величина а имеет важное практическое
пение. В бедной смеси топливо сгорает полнее и выделяет макси-
и.пое количество тепла. Однако еще больше тепла затрачивается на
|ревание дополнительного количества воздуха. В результате на созда-
>г кинетической энергии расходуется меньше тепла, чем могло бы быть
•нтимальном случае, и удельная мощность двигателя (количество
•ргии на единицу израсходованного топлива) меньше. В богатой сме-
на полное сгорание топлива воздуха не хватает. Поэтому тепла выде-
> тся меньше возможного, но оно используется более рационально. Те-
87
еретически лучше всего, когда а = 1. Однако горючая смесь не бывает
идеально однородной. Кроме того, на ее сгорание отводится очень ма-
ленькое время. Поэтому наибольшая полнота сгорания достигается при
значении а, несколько большем 1. Для каждого режима работы двигате-
ля оптимальным является определенный состав горючей смеси. В тех
случаях, когда смесеобразование затруднено, желательной является ра-
бота на обогащенных смесях. При работе на номинальном режиме воз-
можно использование обедненной смеси, которая сгорает с большей
полнотой. Ниже представлены желательные режимы работы двигателя с
точки зрения подготовки горючей смеси оптимального состава.
Режим работы двигателя	Характерные особенности	Характеристика оптимального состава смеси
Пуск холодного двигателя Холостой ход. Малая частота вращения коленчатого вала Средние нагрузки Полная нагрузка	Плохие условия смесеобразования. Конденсация топлива на холодных стенках Плохая очистка цилиндра ог отработавших газов. Затрудненное смесеобразование Нормальная работа двигателя, не требующая повышенной мощности Нормальная работа двигателя, требующая повышенной мощности	Обогащенная смесь, ком пенсирующая конденсацию топлива на холодных стенках Обогащенная смесь Бедная, хорошо сгорающая смесь Смесь, по составу приближающаяся к обогащенной
Заслуживают интереса характерные требования режимов полета са
молетов с бензиновым двигателем на состав горючей смеси. При взле-
те двигатель работает с наддувом, за счет чего его мощность на 10—50%
выше номинальной и наблюдаются очень высокие тепловые нагрузки.
Охлаждение двигателя возможно за счет подачи избытка воздуха и та-
кого обогащения рабочей смеси, что а составляет 0,6—0,7. В таком
режиме двигатель работает не больше 10 минут, после чего переходит
на номинальный режим с а = 0,75—0,80. В номинальном режиме дви-
гатель работает тоже недолго: при наборе высоты и полетах с макси-
мальной скоростью. При длительном полете используются эксплуата-
ционный (а = 0,95—0,98) и более экономичный крейсерский режим,
который характеризуется мощностью, составляющей 30—40% от номи-
нальной, и а = 0,95—1,0.
Следует также учитывать влияние коэффициента избытка воздуха на
образование токсичных выбросов (рис. 49). При а, близком к 1, топли-
во сгорает наиболее полно и поэтому эмиссия оксида углерода и углево-
дородов сравнительно невелика. Зато образование оксидов азота дости-
гает максимального значения, так как в этих условиях наблюдается на-
ивысшая температура в камере сгорания. С увеличением «улучшаются
условия для догорания оксида углерода и его количество в отработаи-
88
Гис 49. Зависимость образования
кжсичных выбросов карбюраторного
двигателя от коэффициента избытка
воздуха: 1 — оксиды азота; 2 —
yi леводороды; 3 — оксид углерода
ших газах уменьшается. Однако
при слишком большом значении а
температура в камере сгорания по-
нижается, так как часть тепла рас-
ходуется на нагрев избытка возду-
ха. Это приводит к увеличению хо-
лодной зоны у стенок камеры сго-
рания и повышенной эмиссии уг-
леводородов. Вместе с тем чем ни-
же температура в камере сгорания,
тем хуже условия образования ок-
сидов азота. Более подробно усло-
вия образования токсичных про-
дуктов сгорания топлива рассмат-
риваются в разделе 2.5.1.
Для двигателей, работаю-
щих на бензине, рабочие значения
а составляют 1,1—1,2. Величина а при внешнем смесеобразовании не
может принимать любые значения, а ограничена концентрационными
пределами воспламеняемости бензина, составляющими от 0,8 до 5,5%
об., что соответствует а = 0,4—1,35. Дизельные топлива, которые
впрыскиваются в сжатый горячий воздух, образуют горючую смесь не-
посредственно в камере сгорания, и а может достигать 2, а в режиме
холостого хода — 6. В некоторых случаях (форсированные режимы) оп-
рппдана работа на богатой смеси, хотя экономические и экологические
хпрактеристики двигателя при этом ухудшаются. Чем больше а, тем
больше лишнего воздуха попадает в камеру сгорания и тем больше теп-
ли расходуется на его нагрев. Из-за этого КПД двигателя и установки
уменьшается и увеличивается расход топлива.
Таким образом, первой задачей создания горючей смеси является
правильный выбор соотношения топливо — воздух. Вторая задача за-
киючается вдостижении максимальной однородности смеси. При этом
приходится учитывать способность топлив к испарению и диспергиро-
панию. Испаряемость определяется давлением насыщенных паров
1<>плив, точнее, составляющих топлива углеводородов. По этому пока-
IIIюлю бензины возглавляют ряд: бензины —> реактивные топлива ди-
ильные топлива —> мазуты.
Высокая испаряемость бензинов позволяет приготавливать горю-
чую смесь отдельно, в специальном устройстве — карбюраторе. Карбю-
раторные двигатели относятся к двигателям с внешним смесеобразова-
нием, так как горючая смесь готовится вне камеры сгорания. Элемен-
ырпый карбюратор рассмотрен в гл. 1 (см. рис. 8). Из карбюратора
 месь попадает во впускной тракт, по которому движется и по мере сво-
89
его продвижения поступает в цилиндры. Карбюратор как смесительное
устройство долгое время удовлетворял конструкторов. Однако он име-
ет ряд недостатков, мириться с которыми разработчики новой техники
отказались. Серьезным недостатком является так называемое фракци-
онирование топлива во впускном тракте. Дело в том, что даже бензин
при образовании воздушно-топливной смеси в карбюраторе испаряет-
ся не полностью. Часть его, наиболее тяжелая, в виде мелких капель
движется вместе со смесью, но сравнительно медленно, успевая осе
дать на стенках трубопровода. Поэтому в дальние цилиндры попадао
смесь, обогащенная легкими углеводородами, в ближние — тяжелыми.
Поскольку характеристики их горения различны, то различны и уело
вия работы цилиндров. Этот недостаток устраняется внедрением рас
пределенного впрыска топлива по цилиндрам.
В современных двигателях в топливовоздушную смесь возвращаки
небольшое количество (около 10%) отработавших газов. При этом тем
пература в камере сгорания снижается за счет уменьшения коэффици
ента наполнения цилиндра свежей смесью и за счет более высокой теп
лоемкости продуктов сгорания по сравнению со свежей горючеп
смесью. Этот прием, называемый рециркуляцией отработавших газон,
позволяет примерно вдвое снизить образование оксидов азота. Кроме
того, уменьшается износ поршневых колец, зависящий от максималь
ной температуры цикла. Однако одновременно ухудшается процесс го
рения и увеличивается эмиссия оксида углерода и углеводородов. Эко
комичность двигателя также снижается. Однако регулировкой двигате-
лей, работающих на бензине, можно свести эти недостатки к миниму
му. Что касается дизелей, то эффект от рециркуляции отработавших га-
зов достигается только на малых нагрузках, а при нагрузке выше 75% от
номинальной равен нулю. Зато ухудшение процесса сгорания приво-
дит к увеличению расхода топлива, дымности отработавших газов и
эмиссии оксида углерода. Поэтому рециркуляция отработавших газон
используется преимущественно в двигателях Отто.
2.2.3.	Смесеобразование в двигателе с впрыском бензина
В разделе 1.2.2. мы рассмотрели схемы впрыска бензина, согласно
которым он может подаваться во впускной трубопровод, в область,
прилегающую к впускным клапанам и, наконец, непосредственно в
цилиндр. Подача бензина во впускной трубопровод отличается от кар-
бюраторного смесеобразования только тем, что осуществляется насо-
сом, а не за счет подсасывания бензина и не зависит от капризов кар-
бюратора. Во втором и третьем случаях смесеобразование происходит
либо во впускном трубопроводе близ клапанов, либо непосредственно
в цилиндре. Такой способ смесеобразования называется внутренним.
90
При нем на смесеобразование отводится гораздо меньше времени, чем
при использовании карбюратора — около 0,015-0,040 с. Степень pac-
цыла зависит от конструкции форсунки, ее расположения (лучше, если
бензин впрыскивается под углом к потоку воздуха) и от давления пода-
1И. Чем оно больше, тем мельче образующиеся капли и легче их даль-
|йшее испарение. Ниже приводится примерная зависимость размера
|пли топлива от давления в форсунке.
р	Давление, МПа	Диаметр капли, мкм
5	40
20	20
30	4,5
Н автомобильном двигателе при впрыске во впускной трубопровод
। чтение впрыска составляет 3 МПа, а при впрыске в цилиндры, когда
 човия смесеобразования наиболее жесткие, может достигать 5 МПа.
Впрыск бензина в авиационном двигателе происходит под давлением
' 25 МПа.
2.2.4.	Смесеобразование в дизельном двигателе
В дизельном двигателе топливо с воздухом смешивается не в отдель-
ном устройстве, а в самой камере сгорания в процессе впрыска, причем
испаряемость дизельных топлив по сравнению с бензинами не столь
высока. Поэтому успешное смесеобразование зависит от того, нас-
колько эффективно топливо может перемешаться с воздухом до начала
сгорания. На этот процесс влияют как характеристики самого топлива
(вязкость, плотность, цетановое число), так и организация газовоздуш-
иых потоков в камере сгорания двигателя. Есть три основных способа
смесеобразования и соответственно три основных типа конструкции
камеры сгорания. Различают двигатели с объемным (струйным), пле-
ночным и предварительным смесеобразованием. Примером камеры
сгорания двигателя с объемным смесеобразованием может служить не-
разделенная камера, представленная на рис. 50. Она представляет со-
бой углубление в поршне правильной формы. Загнутые края камеры
препятствуют попаданию топлива на холодные стенки цилиндра. Цир-
куляция воздуха в такой камере не очень интенсивна. Дтя эффективно-
го перемешивания форсунка должна распиливать топливо в несколько
струй. При этом топливо образует факел правильной формы, недости-
гающий стенок камеры. В факеле оно дробится на капли размером
100—300 мкм, которые начинают испаряться. Более интенсивная цир-
куляция воздуха осуществляется в двигателях с объемно-пленочным сме-
сеобразованием, например, оборудованных камерой ЦНИДИ
(рис. 51). Большая часть камеры сгорания устроена в поршне таким об-
91
Рис. 50. Пример неразделенной камеры
сгорания: 1 — поршень;
2 — крышка блока цилиндров;
3 — форсунка
Рис. 51. Камера сгорания типа
ЦНИДИ: 1 — поршень; 2 — крышка
блока цилиндров; 3 — форсунка
разом, что горловина, которой соединяется вспомогательная камера с
основной, составляет 0,3—0,5 диаметра цилиндра. Такие камеры сгора-
ния называют полуразделенными. При движении поршня создаются
завихрения воздуха, способствующие лучшему перемешиванию смеси.
Топливо впрыскивается в камеру сравнительно малого размера, часть
его смешивается с воздухом в процессе впрыска, а часть достигает сте-
нок камеры сгорания и растекается по ним тонкой пленкой, с поверх-
ности которой постепенно испаряется. В двигателе с предварительным
смесеобразованием основная камера сгорания дополняется камерой
сгорания, объем которой составляет 25—70% от основной. Дополни-
тельные камеры встраиваются в цилиндр или поршень и соединяются
узкими каналами с основной камерой. В них впрыскивается топливо,
часть которого, насколько хватает воздуха, сгорает, а продукты сгора-
ния и остатки топлива с силой выбрасываются в основную камеру, про-
исходит эффективное перемешивание. На рис. 52 представлены схема
камер сгорания с предварительной (а) и вихревой (б) камерой. В про-
цессе такта сжатия воздух из цилиндра вытесняется во вспомогатель-
ную камеру, при этом достигается высокая турбулизация потока. Осо-
бенно она велика в двигателе с вихревой камерой. Другим отличием
вихревой камеры от предварительной является то, что площадь тепло-
обмена в ней очень велика, и топливовоздушная смесь в цилиндре
быстро остывает. Чтобы это компенсировать, в вихревой камере имеет-
ся калильный стержень, аккумулирующий тепло сгорания предыдущей
порции топлива и передающий его новому топливному заряду.
Каждый способ смесеобразования имеет свои достоинства и недос-
татки. Интенсивность перемешивания топлива возрастает от двигате-
92
।'ис. 52. Разделенные камеры сгорания дизеля: а — с прадкамерой
(форкамерой); б — с вихревой камерой: 1 — поршень; 2 — предкамера
(пихревая камера); 3 — форсунка; 4 — крышка блока цилиндров.
Искривленной стрелкой показан путь воздуха, поступающего в вихревую
кпмеру в процессе такта сжатия
ini с прямым впрыском топлива (с объемным смесеобразованием) к
шнгателям с предварительным смесеобразованием. В этом же порядке
ппжается и жесткость работы дизеля. На последнем явлении следует
« аповиться подробнее. Поскольку впрыск топлива растянут во вре-
мени, в начале процесса одновременно происходит впрыск топлива,
। о смешение с воздухом и горение. При этом давление в камере сгора-
шя резко возрастает до десятков МПа, достигая максимального значе-
 пи Р,. Чем оно выше, тем больше нагрузки на детали двигателя, боль-
пс вероятность их поломки и износа и сильнее шум при его работе. To-
il >рят о жесткой работе двигателя. Величина Л. определяется периодом
щсржки воспламенения топлива (ПЗВ). Топливо, впрыснутое в каме-
'V сгорания, воспламеняется не сразу, а через некоторое время, необхо-
niMoe для прогрева порции топлива, испарения его части (сгорает ис-
ырившаяся его часть) и начала окислительных реакций. На длитель-
1оеть этих процессов влияют как характеристики самого топлива (они
'V/iyr рассмотрены в главе 3), так и способ смесеобразования. Если
11 IB затягивается, то испаряется слишком много топлива, сгорание ис-
ырившейся части происходит очень интенсивно с быстрым нараста-
шсм давления. При предварительном смесеобразовании давление на-
легает медленнее. Нарастание давления в начале процесса горения
ыражают через dp/dtp, где р — давление, а ф — угол поворота коленча-
 чо вала. В дизелях с открытой камерой и струйным смесеобразовани-
м dp/dq> составляет 1,2—1,5 МПа/град, с полуразделенной камерой и
|>|.емно-пленочным смесеобразованием — 0,8—1,0 МПа/град, с разде-
। иной камерой и предварительным смесеобразованием —
93
0,30 МПа/град. Для сравнения можно упомянуть, что в карбюра-
ых двигателях dp/dtp = 0,15—0,20 МПа/град. При эффективном
еобразовании необязательно требовать от топлива высокого цета-
нового числа. Поэтому двигатели с предварительным смесеобразова
нием менее чувствительны к качеству топлива. Наконец, достоинством
таких двигателей является их хорошая экологичность: топливо в них
лучше сгорает с образованием сравнительно небольшого количества
токсичных продуктов неполного сгорания.
Недостатки двигателей с разделенными камерами определяются
большой площадью теплоотдачи камеры сгорания. Это ухудшает и.х
пусковые свойства и приводит к повышенным потерям тепла, что ска
зывается на величине КПД.
Ниже представлены наиболее характерные значения параметрон
различных способов смесеобразования. Читатель может сделать само
стоятельный анализ этих параметров, исходя из особенностей работы
двигателей разной конструкции. Можно также сделать вывод о влия
нии параметров на требования к отдельным узлам двигателя и топливу
Например, высокое давление впрыска в двигателях с неразделенными
камерами сгорания предъявляет повышенные требования к топлив
ным насосам высокого давления и топливу, в котором, в частности, не
допускается наличие механических примесей.
Показатели	Объемное	Объемно- пленочное	Предкамерное	Вихрекамерное
Давление впрыска, МПа	20-100	15 16	10-15	10-15
Количество сопел форсунки Диаметр сопла, мм	3-10 0,15-0,5	1 0,3 -0.45	1 0.5-1,0	1 0,6-3,0
Коэффициент избытка	1,7-1,2	1,3-1,6	1,2-1,6	1,05-1,4
воздуха Объем вспомогательной		70-90	25-40	40-70
камеры, % Количество топлива, сгорающего во вспомо-	—	90-95	10-15	15-30
гательной камере. % Жесткость работы (отношение dp/dty	1,2-1,5	0,2-0,45	0,25-0,30	0,25-0,30
Выбор способа смесеобразования зависит от характеристик двига
теля, в частности его размеров. Чем меньше диаметр цилиндра и выше
частота вращения коленчатого вала, тем хуже условия для смесеобразо
вания, и в этом случае наиболее подходящими являются разделенные
камеры сгорания. В других случаях предпочтение отдается неразделен-
ным камерам, как наиболее экономичным, компактным и простым и
изготовлении. Во всех типах двигателей с диаметром цилиндра (D) бо
лее 400 мм используют неразделенные камеры сгорания, которые,
94
|Ж|ючсм, встречаются и в двигателях с D > 100 мм. В двигателях с диа-
М» 1|юм цилиндров менее 350 мм используют предкамерное смесеобра-
|И№Шие, а с D< 150 мм — вихрекамерное.
2.3.	Воспламенение и горение топлива
2.3.1.	Общие представления о горении



| >рение — быстрое окисление горючего вещества, сопровождаемое
•иием пламени и выделением большого количества тепла. Горение
сствляется путем распространения пламени в горючей смеси. При
шом горении пламя распространяется тепловым путем, когда све-
юрция топлива воспламеняется от горячего фронта пламени, тем-
 । ура которого превышает 2000°С. Возможен и более медленный
рузионный путь, когда температура составляет несколько сотен
'сов (холодное пламя), а активные продукты .распространяются
и диффузии в свежие порции топлива.,..Лаше всего при горении
и’ пламени движется по объему топливовоздушной смеси. Такой
ipoiiecc имеет место в поршневых двигателях внутреннего сгорания и
«Иывается нестационарным горением. Возможно и стационарное го-
Мнне, при котором фронт пламени неподвижен, а к нему подается по-
юплива. Это осуществляется в реактивных и газотурбинных двига-
♦йлих, а также в топках котельных установок. При нестационарном го-
нки и фронт пламени может распространяться в неподвижной горю-
WII смеси (ламинарное горение) или при интенсивном ее перемешива-
ши (турбулентное горение). В двигателе рабочий процесс может осу-
mi ваяться только при турбулентном горении, что будет показано ни-
н’ 1аким образом, горение топлива — процесс, протекающий во вре-
мгпп. Это время исчисляется очень малыми долями секунды, но зак-
ачает всебергроушое количество важных событий. Следует выделить
rpii важных стадии: 1) предпламенные превращения углеводородов
•I, шва; 2) воспламенение топлива; 3) распространение пламени.
Чредпламенные превращения. До того как воспламениться, топливо
сргается действию высоких температуры и давления, которые раз-
><>тся при сжатии топливовоздушной смеси (карбюраторный двига-
или воздуха, в который впрыскивается топливо (дизельный двига-
. Повышение температуры и давления ускоряет все реакции, в част-
н окисление углеводородов топлива. В результате образуются ле-
нды и гидропероксиды. Они быстро разлагаются с образованием
<молекулярных продуктов (спиртов, альдегидов) либо новых рали-
|», дающих начало образованию новых окислительных цепей. Из од-
молекулы гидропероксида могут образоваться два новых активных
шкала. В результате количество радикалов, ведущих цепь, увеличива-
95
ется, реакционная схема как бы ветвится и процесс ускоряется. Говорят!
о разветвленных цепных реакциях окисления. Разветвленные цепные
реакции открыты Н. Н. Семеновым и представителями его школы.
Семенов, Николай Николаевич (1896-1986) — выдающийся советский
физико-химик, лауреат Нобелевской премии (1956). В 1917 г. окончил Петро
градский университет, работал в Томском университете (1918—1920) и Ленин-
градском физико-техническом институте (1920—1931). С 1931 по 1986 г. — ди-
ректор Института химической физики АН СССР, одновременно с 1944 г. про
фессор Московского университета. Внес большой вклад в теорию радикальных
процессов, в частности открыл разветвленные цепные реакции. Исследовал
процессы гомогенного и гетерогенного катализа, открыл ионно-гетерогенный
катализ. Научная школа Н. Н. Семенова насчитывает сотни докторов и канди
датов наук.
Реакции предпламенного окисления играют важную роль в карбю
раторном двигателе. Это объясняется достаточно длительным воздей
ствием высокой температуры на топливо, претерпевающее сжатие в ци
линдре. Окисление бензина в процессе предпламенных превращений и
конечном счете может привести к детонации. Окисление топлива в ди-
зельном двигателе, напротив, способствует его самовоспламенению. J
Воспламенение топлива, как отмечалось ранее, может осуществляться
от принудительного источника или происходить самопроизвольно (саЯ
мовоспламенение). Поэтому в двигателях разных типов процессы воен!
ламенения различаются коренным образом и таким же коренным обра!
зом различаются требования двигателя ктопливу. В бензиновых двигатсЯ
лях топливо должно воспламениться от специального источника — искЯ
ры; самопроизвольное воспламенение бензина не приветствуется. В ди1
зельном двигателе, напротив, топливо воспламеняется само и сразу, ж<>]
лательно во всем объеме камеры сгорания, куда оно было впрыснуто. I
<^^рость~распространения пламени^)- важная характеристика, кот<»4
раялтрёдСтатшгСТ Интеле длядайТагелей любого типа. Можно с уверен»!
ностью предположить, что для каждого вида топлива она имссЯ
собственное значение. Кроме того, она зависит, хотя и не очень силыки
от температуры (с повышением увеличивается1) и давления (с повышен
нием уменьшается). Гораздо более сильно скорость распространения
пламени зависит от состава горючей смеси, то есть от а. На рис. ‘>1
представлена зависимость скорости распространения пламени при ск>4
рании бензина и спирта в условиях работы карбюраторного двигателя, и 
которой, в частности, видно, что максимальное значение она приобрета-
ет при а = 0,8—0,9. Особо подчеркнем, что речь идет о данных, получен-
ных для работающего двигателя. Испытания показали, что в статических
условиях скорость распространения пламени при сгорании бензина сос
1 Пропорционально квадрату температуры на начало горения.
96
>5
Рис. 53. Зависимость скорости
распространения пламени при
горении спирта (1) и бензина (2)
в двигателе от коэффициента
избытка воздуха при атмосферном
давлении (взято из Технической
энциклопедии. Т. 6. — М.: ОГИЗ, 1931.
Стб. 185)
0.6	0,6	1,0	1,2
Коэффициент избытка воздуха
ряст около 3 м/с. В двигателе с частотой вращения коленчатого вала
|К) мин-1 один ход поршня совершается за 1/60 с. Но горение топлива
пжно.происходить в десять и более раз быстрее. Приближенно можно
ипять, что на горение топлива отводится 0,001 с. За это время пламя в
юниях статического горения успело бы пройти только 3 мм. Это явно
ш.ше расстояния от свечи зажигания до периферии камеры сгорания,
горое в десятки раз больше. Положение спасает турбулизация заряда
кючей смеси, поступающей в цилиндр, при которой горящие и еще не
рпламенившиеся участки хорошо перемешиваются. Для того чтобы
Сличить турбулентность, используют разные технические решения:
Ьбые формы камеры сгорания, специальные завихряющие приспо-
Ьлсния, способы расположения форсунок и т. д.
3.2. Горение в двигателях с принудительным воспламенением
Температура, развиваемая при сжатии горючей смеси, недостаточна
। самовоспламенения бензина. Поэтому сжатую бензовоздушную
• сь зажигают принудительно от искры. Искра, получаемая от свечи,
иставляет собой точечный источник, пламя от которого распрост-
1ЯСТСЯ с огромной, но все же не бесконечной, скоростью. Требуется
спечитьсгорание всего объема горючей смеси до того, как поршень
ершит рабочий ход и начнется такт выхлопа. Иначе остатки топли-
оудут догорать на завершающих стадиях процесса с минимальной
н.зой, Задача решается регулировкой двигателя — установлением
। нмального значения угла опережения зажигания.
Вторая проблема заключается в том, чтобы горючая смесь не пре-
дела существенных изменений до того, как до нее дойдет фронт
> 1мсни. Часто встречаются два нежелательных явления: детонация и
Млильное зажигание. Иногда приходится иметь дело с воспламенени-
ем юплива от сжатия.
446
97
Детонация — взрывное разложение пероксидов, образующихся па
предпламенной стадии горения. Она сопровождается характерным ме-
таллическим стуком и приводит к быстрому износу и поломке деталей
двигателя. Чтобы избежать детонации, подбирают топлива с опреде
ленными антидетонационными характеристиками, которые выража
ются октановым числом. У каждого двигателя свои требования к ОЧ
топлива, определяемые конструкцией двигателя и условиями ею
эксплуатации. Фактически вероятность детонации определяют два фи
зических явления: температура, при которой интенсивно развиваются
предпламенные превращения, и длительность прохождения фроптн
пламени от свечи до самых далеких зон цилиндра. Повышению темпе
ратуры способствуют: увеличение степени сжатия, наддув, ухудшение
теплообмена камеры сгорания с окружающей средой. Последнее про
исходит, например, при интенсивном нагарообразовании (нагар — пло
хой проводник тепла). На теплообмен влияют способ охлаждения дин
гателя (воздухом или водой) и материал, из которого изготовлен бл<н
цилиндров и головка камеры сгорания: применение алюминия снижи
ет вероятность детонации по сравнению с чугуном, характеризующим
ся худшей теплопроводностью. Что касается степени сжатия, то факз и
ческое ее значение отличается от расчетного, постоянного для данною
двигателя. На этот показатель влияет степень наполнения цилиндр.1
На требования двигателя к ОЧ влияет и состав горючей смеси. Borai;ri
смесь содержит недостаточно кислорода, и ее горение протекает вяло >
образованием большого количества пероксидов, являющихся источ
ником детонации. Бедная смесь сгорает активно, но она сильно разбив
лена воздухом, на нагревание которого расходуется часть тепла. Таким
образом, при горении богатой смеси опасность детонации выше. Э|"
приходится учитывать на практике в авиационных поршневых двиган-
лях, которые немалую часть времени работают на переобогащенш>п
смеси. Топлива, предназначенные для таких двигателей, должны ха
растеризоваться не только октановым числом, но и сортностью (см
раздел 3.2.4.). Предоставляем читателю самому сообразить, как из
опасность возникновения детонации влияют угол опережения зажша
ния, температура и влажность забираемого из атмосферы воздуха, ;п
мосферное давление, частота вращения коленчатого вала двигателя.
На длительность ожидания топливом пламени влияют размеры п
форма камеры сгорания (теоретически оптимальна шарообразная
форма с расположением свечи в центре), количество и расположение
свечей зажигания и скорость фронта пламени (Ип). В бензовоздушных
смесях она составляет 40—50 см/с, а если топливо содержит оксигенаты
(спирты и простые эфиры) — увеличивается. Чем выше температура,
тем выше Ип. При определенной температуре ее наибольшее значение
98
ню
подается при а = 0,8—0,9. Таким образом, Т(1 на практике зависит
 >става горючей смеси и характеристик взятого топлива.
1,егонация в основном наблюдается на последних стадиях горения,
а в оставшемся на периферии топливе накапливается много перок-
иг К этому времени давление достигает 3—6 МПа, а температура —
 । 2000°С. Моменты детонации хорошо видны на индикаторной ди-
>мме двигателя, работающего с детонацией (см. раздел 2.4.).
(ня подсчета ориентировочного требуемого значения ОЧ может
 . использована эмпирическая зависимость, связывающая степень
 । ия (е) и диаметр цилиндра (Л):
ОЧ = 125,4 - 413/е + 0,189 Л.
К процессе эксплуатации требования к ОЧ увеличиваются. Зависи-
। > требований к октановому числу бензина от величины пробега ав-
> >биля представлена на рис. 54. У двигателей различной конструкции
ходящихся в разном техническом состоянии эти требования изменя-
। но-разному. Было замечено, что рост требований связан с образо-
нем нагара в камере сгорания. Исчерпывающего объяснения это
ние пока не получило. Полагают, в частности, что слой нагара на
। ках камеры сгорания уменьшает ее объем, повышая, таким образом,
। спь сжатия. Кроме того, нагар, обладая плохой теплопроводностью,
шает теплоотдачу от стенок камеры сгорания в окружающую среду,
(ультате температура в камере сгорания становится выше расчетной.
Калильное зажигание — воспламенение бензина от раскаленных час-
ч i'-к нагара, иногда — от поверхностей деталей цилиндропоршневой
 г. нпы. Механизм детонации и калильного зажигания различен, но ре-
зультат один и тот же. Различить эти
явления на практике можно, отключив
зажигание. При детонации двигатель
сразу же остановится. При калильном
зажигании продолжит работать. Бен-
зин с более высоким ОЧ меньше под-
дается калильному зажиганию. Однако
более эффективный метод борьбы с
этим явлением заключается в приме-
нении антинагарных присадок.
Воспламенение бензина от сжатия.
Иногда после выключения зажига-
ния двигатель продолжает работать,
если продолжается подача топлива
через систему холостого хода. Это
может происходить в тех случаях,
когда топливовоздушная смесь ра-
М)К--------,--------1-------
0	4	8	12
Пробег, тыс. км
Нис 54. Требования различных
«ин>мобилей (1,2,3) к октановому
«иглу бензина в зависимости от
пробега. Взято из статьи: Oravkin
I. Malach V. // Ropa a Uhlie. —
lilt)|. - v 33. _ № 3. - R 175-181.
99
зогревается до температуры самовоспламенения, чему способствую}
нагарообразование в камере сгорания, слишком высокая стенай
сжатия и недостаточные антидетонационные свойства бензина.
Разделение заряда или послойное смесеобразование. Как мы уже зни-
ем, горение бензовоздушной смеси в камере сгорания происходит не-
равномерно. Чем дальше от свечи зажигания, тем условия горения ху i 
Неравномерность горения пытались компенсировать неравном<
ностыо состава горючей смеси. Идея заключалась в том, чтобы в уча-1
ках, прилегающих к свече, находилась богатая смесь, а в отдаленных
бедная. Такой прием действительно способен повысить полноту сгорл
ния топлива и уменьшить опасность детонации. Для расслоения смеси
были предложены различные приемы. Самый простой и распространен"
ный заключается в механическом разделении камеры сгорания на дн|
части, куда раздельно подаются богатая и бедная смеси, приготавливае-
мые в разных карбюраторах. В малую камеру сгорания подается богатая
смесь. Здесь она воспламеняется от искры и в виде горящего факела вы-
рывается в большую камеру с бедной смесью. Таким образом, горения
протекает более интенсивно, но без опасности детонации. Однако разде
ление заряда с технической стороны представляет большие трудности и
усложняет конструкцию. Поэтому такие двигатели не прижились.
Полнота сгорания топлива. При нормально организованном рабочем
процессе топливо оптимального состава сгорает до углекислого газа и
воды. При этом двигатель характеризуется наилучшими мощностными
характеристиками, а продукты сгорания обладают минимальной тог
сичностыо. Однако в действительности топливо сгорает не полностью
Причиной являются различные температурные условия в центре и на
периферии камеры сгорания, а также углеводородный состав топлив
В тонком слое горючей смеси у стенок камеры сгорания температура па
несколько сотен градусов ниже, чем у свечи зажигания. В этой зоне при
недостатке кислорода возможны восстановительные реакции, напри-
мер образование оксида углерода из диоксида и сажи: СО2 + С —> 2С0.
Основное количество оксида углерода, выбрасываемое с выхлопными
газами, образуется именно таким образом. Другой важной реакцией яв-
ляется пиролиз углеводородов с образованием термодинамически ус-
тойчивых олефинов, ацетилена и полициклических ароматических yi
леводородов. Наконец, только в восстановительной зоне могут образо
ваться и сохраниться реакционноспособные альдегиды, составляющие
компонент сизого дыма и основу дурного запаха выхлопа двигателя.
2.3.3.	Горение в двигателе с воспламенением от сжатия
Воспламенение от сжатия реализуется в двигателях, использующих
дизельные топлива со сравнительно низкой температурой самовоспла-
100
нения. Таким образом, для успеха процесса требуется, чтобы при
Витии воздуха в цилиндре развивалась достаточно высокая температу-
•• чтобы теплофизические свойства топлива позволили ему при этой
•ратуре воспламениться. Температура в цилиндре зависит от тем-
уры забираемого из атмосферы воздуха, степени сжатия и тепло-
та от стенок цилиндра. Большое значение имеет степень сжатия,
пая гораздо выше, чем в бензиновых двигателях. Высокая степень
in определяет высокие нагрузки на детали двигателя. Поэтому ди-
зле двигатели более массивны, чем бензиновые и изготавливают-
оолее прочных материалов. Свойство топлива самовоспламенять-
пигателе определяется цетановым числом. Требования различных
иных двигателей по цетановому числу различаются не так сильно,
ребования бензиновых двигателей по октановому числу. В боль-
гепени на требования к ЦЧ влияет частота вращения коленчато-
ia л. Чем она выше, тем меньше времени приходится на смесеоб-
лние и сгорание топлива. Между оптимальным значением л и ЦЧ
ювлена эмпирическая зависимость: ЦЧ = З,5л’/3. Оптимальное
 и иие ЦЧ составляет 45—55 ед. При отклонениях в ту или иную сто-
•II' наблюдается ухудшение сгорания топлива, падение мощностных
•р и теристик, повышение токсичности продуктов сгорания. Увеличе-
 | степени сжатия приводит к повышению температуры в камере сго-
1.11ШЯ, а требования двигателя к цетановому числу топлива соответ-
। пенно снижаются (рис. 55).
Как мы отмечали, горение дизельного топлива на первых стадиях
цютекает одновременно с продолжением его впрыска. Самовоспламе-
нение топлива происходит за несколько градусов до верхней мертвой
• ички, и в течение некоторого времени в камере сгорания одновремен-
। 'ис. 55. Влияние степени сжатия
кй требования дизельного двигателя
► цетановому числу
но совершается впрыск последних
партий топлива, образование его
смеси с воздухом и горение этой
смеси. Поэтому в процессе горения
принимают участие не только паро-
воздушная смесь, но и капли неис-
парившегося топлива. Закономер-
ности диффузионного горения кап-
ли оказывают большое влияние на
процесс и результаты горения, нап-
ример сажеобразован ие. Полагают,
что в начале горения около одной
трети углерода топлива в камере сго-
рания находится в виде сажи, кото-
рая образуется в результате интен-
сивного крекинга углеводородов в
101
Угол поворота коленвала, град.
I
Рис. 56. Превращения углерода в камере
сгорания дизельного двигателя: 1 —
топливо; 2 — сажа; 3 — оксид углерода;
4 — диоксид углерода. (Взято из книги
Лернер М. О. Химические регуляторы
горения моторных топлив. — М.: Химия,
1979. - 211 с.)
условиях высоких температур, развиваемых при сжатии. Сажа в основ-
ном выгорает в период активного горения, но некоторые ее количества
догорают в последние стадии, причем это может длиться на протяжении
50- 60 градусов поворота коленчатого вала после верхней мертвой точки.
На рис. 56 показано, в какой форме находится углерод топлива на раз-
ных стадиях горения. Таким образом, момент впрыска топлива, опреде-
ляемый углом опережения впрыска, очень важен с точки зрения полно
ты сгорания топлива и образования токсичных выбросов.
2.3.4.	Пуск холодного поршневого двигателя
В холодное время года пуск двигателя затруднен, что отрицательно
сказывается на полноте сгорания топлива, загрязнении масла в карте-
ре и составе отработавших газов: в них повышается концентрация про-
дуктов неполного сгорания топлива. Достаточно сказать, что больше
половины бенз-а-пирена выбрасывается в атмосферу при холодном
пуске и прогреве двигателя. Образование нагара и лака на деталях ЦП Г
происходит в несколько (иногда — в десятки) раз интенсивней, чем
при работе двигателя в установившемся режиме. В табл. 3 представле-
ны основные проблемы, возникающие в этом случае у потребителей
топлив и указаны технические решения, предлагаемые специалистами
или используемые самими потребителями.
Ухудшение пусковых свойств карбюраторных двигателей происхо-
дит из-за трудностей образования горючей смеси за счет уменьшения
испаряемости бензинов. В следующей главе рассмотрены основные ха-
рактеристики топлив, влияющие на их пусковые свойства, Промыш-
ленность вырабатывает летние и зимние сорта топлив, однако в нали-
чии не всегда имеются бензины необходимого качества. Кроме того,
при очень низких температурах окружающей среды испаряется лишь
102
Таблица 3
Топливо	Проблемы	Технические решения
Бензин	Ухудшение пусковых свойств Обледенение карбюратора	Подогрев воздуха и обогрев карбюратора, применение пусковых жидкостей Подогрев воздуха и обогрев карбюратора, применение антиобледенительных присадок
Дизельное топливо	Ухудшение пусковых свойств Застывание топлива	Подогрев воздуха, применение пусковых жидкостей Разбавление керосином, применение депрессорных присадок
небольшая часть бензина, которой бывает недостаточно для образова-
ния горючей смеси. Поэтому количество подаваемого бензина прихо-
дится увеличивать, а работа на обогащенной смеси приводит к непол-
ному сгоранию и перерасходу топлива. Неиспарившаяся часть бензина
и камере сгорания окисляется с образованием большого количества
кислородсодержащих органических соединений, в частности альдеги-
цов, которые выбрасываются с выхлопными газами.
Улучшение холодного пуска возможно путем осуществления неко-
к>рых конструктивных мероприятий, а также применения топлив со-
ответствующего качества и специальных пусковых средств. Наиболее
простым и экономически выгодным считается введение в топливо лег-
колетучих компонентов: бутана, изопентана и газового бензина, давле-
ние насыщенных паров которых составляет соответственно 350, 135 и
152 кПа. Однако с экологической точки зрения такая мера нежелатель-
на даже зимой. Кроме того, в любое время года это чревато образова-
нием паровых пробок в топливоподающей системе. Практическую
пользу для ускорения холодного пуска могут оказать пусковые составы,
которые впрыскиваются в топливоподающую линию при помощи спе-
циальных устройств или из аэрозольных баллонов на воздушный
фильтр. Основным компонентом горючих составов является легковос-
пламеняющаяся жидкость с широкими концентрационными предела-
ми воспламенения (КПВ). Обычно такой жидкостью является диэти-
>1овый эфир. Его температура кипения составляет 34,5°С, а КПВ —
1,9—48,0%. Для сравнения КПВ бензина — 0,8—5,5%.
При высокой влажности воздуха и температуре, близкой к нулю,
высока вероятность отложения льда на заслонке и других деталях кар-
бюратора. При впрыске и расширении порции бензина в карбюраторе
резко понижается температура, вследствие чего влага, содержащаяся в
воздухе, отлагается на холодных поверхностях. В России в этом отно-
шении наиболее опасен межсезонный период. Обледенение препят-
103
Рис. 57. Область влажности и
температур, опасная для обледенения
карбюратора: 1 — область наиболее
опасного обледенения; 2 — область,
где обледенение невозможно
Рис. 58. Зависимость надежности
работы карбюраторного двигателя
от температуры воздуха. На кривых
указана относительная влажность
воздуха в процентах
ствует нормальному движению заслонки, и состав горючей смеси за
метно отличается от оптимального. В результате перерасход бензинп
может достигать 10%, а содержание СО в отработавших газах — попы
ситься на 30—40%. В работе двигателя наблюдаются перебои, а в крити
ческих случаях он остановится. Область температур и относительной
влажности воздуха, при которых наиболее вероятно обледенение кар-
бюратора, представлена на рис. 57, а на рис. 58 показано влияние эти*
условий на надежность работы (число перебоев) двигателя.
При пуске холодного дизельного двигателя основная проблема зак
лючается не в низкой испаряемости топлива, а в том, что при сжатии
горючей смеси в камере сгорания развивается недостаточно высокая
температура. Это обусловлено подачей холодного воздуха и высокой
теплоотдачей к холодным стенкам цилиндра. При изменении темпе
ратуры окружающей среды от +20 до —20°С температура сжатия сни
жается примерно вдвое. Поэтому важное значение приобретают цета
новое число и температура самовоспламенения дизельного топлива
То и другое можно улучшить добавками промоторов воспламенения и
легковоспламеняющихся компонентов. При пуске дизельных двигате
лей также применяют пусковые жидкости. Однако основным требова-
нием в этом случае является не испаряемость, а низкая температура
самовоспламенения. Случайным образом совпало так, что оптималь-
ное значение этого показателя принадлежит все тому же диэтиловому
эфиру, использующемуся в пусковых жидкостях для карбюраторных
двигателей. Его температура самовоспламенения составляет 180°С.
Проблемам холодного пуска и низкотемпературных свойств топлив
много внимания уделил советский ученый Б. А. Энглин, написавши!

104
। пюграфию «Применение моторных топлив при низких температу-
'X», выдержавшую три издания.
Энглин, Борис Абрамович (1914—1995) — доктор технических наук, профес-
р, один из основателей химмотологии. Работал в Центральном институте
инционныхтоплив и масел, 25 НИИ МО и ВНИИНП. С 1941 по 1945 г. слу-
ц|| в действующей армии на разных должностях службы снабжения горючим,
и частности, впервые во фронтовых условиях организовал регенерацию от-
||.||>оганных моторных масел. Основное направление деятельности — в области
iiihibib различного назначения. С его участием разработан ряд топлив для
цыжданской и военной авиации, внедрены противоизносная присадка к реак-
f кипому топливу «К» и противоводокристаллизационная жидкость «И».
Успешный пуск холодного двигателя зависит не только от свойств
топлива, но также от вязкости смазочного масла. Если вязкость холод-
ного масла будет слишком велика, то вся работа пуска уйдет на его со-
противление и двигатель не заведется. Поэтому зимой применяют зим-
ние или всесезонные сорта масел.
2.3.5.	Горение в реактивном и газотурбинном двигателе
Реактивный двигатель — пример двигателя с непрерывным процес-
। ом стационарного горения. Его камеру сгорания условно делят на три
ч.н ги (см. рис. 34). Первая называется зоной подготовки горючей сме-
ш. Сюда через форсунки впрыскивается топливо и сюда же подается
но «дух в количестве 0,8—1,0 от стехиометрического. Горючая смесь об-
ртуется в результате распыливания топлива, прогрева и испарения его
мшель и смешения испарившегося топлива с воздухом. Особенностью
( мссеобразования в реактивном двигателе является такая подготовка
торючей смеси, при которой обеспечивается не только эффективное,
по и стабильное горение топлива. Как отмечалось выше (см. раздел
1,3.2.), в реактивном двигателе большую опасность представляет срыв
нкамени. Особенно велика эта опасность при неустановившихся режи-
мах. Например, при наборе высоты плотность воздуха меняется и за-
полняется его дозирование. Считается, что надежная работа двигателя
цоеспечивается при такой тонкости распыла топлива, при которой
средний диаметр его капель составляет 70—100 мкм, а угол раскрытия
конуса распыла на номинальном режиме — 80—90°, а при запуске —
t0 -70°. Успешное смесеобразование обеспечивается также характерис-
тиками реактивного топлива: испаряемостью, вязкостью и плотностью.
2.3.6.	Горение ракетных топлив
Рассмотрим горение двухкомпонентных ракетных топлив, получив-
ших преимущественное применение в основных ракетных двигателях.
105
Состав этих топлив достаточно подробно рассматривается в главе 3.
Здесь упомянем лишь, что компонентами топлива являются горючее и
окислитель, причем свойства топлива и характеристики его горения в
большей степени определяются окислителем, нежели горючим. Горю-
чее и окислитель по раздельным линиям через форсунки впрыскива-
ются в камеру сгорания. В зависимости от их природы при смешении
они могут самовоспламеняться (например, система амины — азотная
кислота) или потребуют принудительного зажигания. Оно может осу-
ществляться от электрической искры, пиропатрона или химического
пускового состава. Последний способ используется чаще всего. Для это-
го в камеру сгорания сначала подают самовоспламеняющуюся систему,
а затем переходят на основное топливо. Перед воспламенением топли-
ва проходит небольшое время, за которое компоненты должны переме-
шаться — так называемый период задержки воспламенения (ПЗВ1).
Считается, что он не должен превышать 0,03 с. При большем значении
ПЗВ в камере сгорания накопится чересчур много горючего и окисли-
теля, быстрое горение которых может иметь взрывной характер. Пере-
мешивание будет тем эффективнее, чем меньше разница в объемах
окислителя и горючего (обычно окислителя по объему приходится
брать больше). Соотношение окислитель — горючее определяется исхо-
дя из требований полноты сгорания топлива, но здесь имеются сущест-
венные оговорки. Если в качестве горючего взят керосин, то возможны
два варианта. В первом керосин сгорает до воды и СО2, во втором — до
воды и СО (упростим молекулу углеводорода до С/;Н2/|):
С„Н2и + 1,5 п О2 -> п СО2 + п Н2О;
С/(Н2// + п О2 —> п СО + п Н2О.
Если бы мы имели дело с автомобилями, то стремились бы осуще-
ствить первую реакцию, как позволяющую более полно сжечь топливо,
получить от него больше тепла и уменьшить количество выбросов ток-
сичных продуктов неполного сгорания. Однако в ракетах дело обстоит
иначе. Полет ракеты подчиняется третьему закону Ньютона, то есть,
определяется массой продуктов сгорания топлива и скоростью их исте-
чения из сопла. Последняя тем больше, чем больше объем продуктов
сгорания. Нетрудно заметить, что из одного и того же количества горю-
чего и окислителя во втором варианте объем продуктов сгорания боль-
ше. Поэтому для наибольшей тяги ракеты стремятся работать на бога-
тых смесях. Установлено, что наибольшая удельная тяга при использо-
вании системы керосин — кислород наблюдается при а = 0,7—0,8.
В связи со сказанным выше следует уделить внимание основным ха-
рактеристикам горения ракетных топлив, важным для полета ракеты.
1 Не путать с ПЗВ в дизельном двигателе, смысл которого заключается в протекании
предпламенных превращений топлива.
106
Теплопроизводительность ракетных топлив является суммой количе-
। । ва тепла, выделяемого при сгорании топлива, и тепловых эффектов,
 <>провождаюших превращения окислителя. Эти тепловые эффекты
няут быть отрицательными (например, тепло поглощается при испа-
рении кислорода, при разложении азотной кислоты) или положитель-
ными (тепло выделяется при разложении тетроксида азота и пероксида
ппдорода). Соответственно они уменьшают или увеличивают тепло-
производительность при выделении одного и того же количества тепла
юПЛИВОМ.
Скорость истечения газов из сопла двигателя W (м/с) пропорцио-
нальна квадратному корню от теплопроизводительности топлива:
< ie Q — теплопроизводительность керосина в кДж/кг, а т] — термичес-
। ий КПД двигателя.
Скорость истечения газов определяет такие практически важные
лрактеристики, как удельная тяга ракеты, максимальная скорость,
альность и высота полета.
Удельная тяга (Руд) пропорциональна скорости истечения газов из
• «шла двигателя. Она выражается в силе (//), отнесенной к расходу топ-
шва (кг/с). Во времена интенсивного развития ракетостроения широ-
। о использовалась система СГС, в которой сила и масса выражались
। ^ответственно в кГ и кг. Это дало повод в профессиональном жаргоне
выражать удельную тягу в секундах. Между удельной тягой и теплопро-
и нюдительностью также наблюдается линейная зависимость:
^=4.57^.
Температура горения зависит от теплопроизводительности топлива,
теплоемкости продуктов сгорания и их количества. Существуют систе-
мы (толуол — жидкий кислород), которые могут обеспечить температу-
ру сгорания, равную 5000°С. Однако жаростойкость материалов каме-
ры сгорания такова, что эту температуру приходится ограничивать на
уровне 3000°С и выбирать менее эффективные потеплопроизводитель-
пости системы.
2.3.7.	Смесеобразование и горение топлива
в котельной установке
В отличие от полностью испаряющихся топлив, мазуты не об-
разуют гомогенной смеси с воздухом, и горение капли мазута происхо-
дит в диффузионном режиме. Поэтому главной задачей является как
можно более мелкое распиливание топлива, которое обеспечивается
впрыскиванием мазута через форсунки. Чем больше диаметр капли
топлива, тем дольше происходит ее сгорание, тем больше размеры фа-
107
Рис. 59. Схема мазутного факела: 1 — зона
интенсивного смешения топлива и воздуха;
2 — зона неполного смешения; 3 — зона
неиспользуемого воздуха; а — участок
крупного распыления; b — участок мелкого
распыления; с — зона догорания топлива;
d — продукты полного сгорания
кела и больше время пребывания топлива втопке. Размер длины факе-
ла (/ф) определяется скоростью подачи топлива (ИО и временем его
горения (т): I. = Ют. Скорость истечения топлива через форсунку
обычно равна 20-70 м/с. При впрыске в камеру она резко снижается и
уравнивается со скоростью распространения пламени: 2-Ю м/с. Соот-
ношение скоростей определяет близость фронта пламени к форсунке в
опасность отрыва пламени. Схематическое изображение факела при вс
дено на рис. 59. Факел условно можно разделить на участки, через ко
торые последовательно проходят топливо и продукты его сгорания. Са
мыми ответственными участками являются те, в которых происходи!
распиливание топлива и образование смеси с воздухом.
После впрыска мазута в топку легкая часть испаряется и сгорает и
виде паровоздушной смеси. Она причиняет меньше всего хлопот
Одновременно жидкие капли выгорают с поверхности, при этом про
текает их пиролиз с образованием кокса. Масса сажистых частиц дос
тигает 20% от массы топлива, они витают в камере в виде черных
хлопьев и видны невооруженным глазом. Их горение протекает по за-
конам горения твердого тела. В зонах, обедненных кислородом, части
цы сажи окисляются, восстанавливая углекислый газ и воду за счет
реакций:
С + СО2 = 2 СО,
С+ Н2О = СО + Н2.
Этим объясняется появление в дымовых газах водорода, свидетель-
ствующего о недостатках в процессе горения мазута.
Различают механическую и химическую неполноту сгорания мазу-
та. Первая зависит от скорости выгорания сажистых частиц. При тем-
пературе выше 500°С они выгорают полностью, при более низких тем-
пературах они выгорать не успевают и отлагаются на поверхностях,
требуя очистки. В обычных условиях механическая неполнота сгора
ния мазута не превышает 0,1—0,2%. Химическая неполнота сгорания
определяется недостатком воздуха. Имеется некое критическое значе-
ние а, при котором интенсивно протекает пиролиз топлива, сопровож-
дающийся образованием кокса и метановодородной фракции.
108
Рис. 60. Тепловой баланс котельной установки:
Q — тепло, содержащееся в подаваемом
топливе (100%); 1 — потери от механического
(0-0,1%) и химического (1,5-3,5%) недожога
топлива; 2 — потери от лучеиспускания (2-10%);
3 — потери с дымовыми газами (10-25%), 4 —
полезное тепло (60-85%)
На рис. 60 представлен тепловой баланс котельной установки, из
। >порото следует, что полезное тепло, расходуемое на нагревание теп-
! носителя, составляет 60-85% от потенциального тепла, содержаще-
нч я в сжигаемом топливе.
2.4. Рабочий процесс и индикаторные
диаграммы
2.4.1.	Рабочий процесс в поршневых двигателях
Теперь мы можем рассмотреть, как происходит рабочий процесс
шпгателя внутреннего сгорания. Ниже (табл. 4) представлены этапы
ii.iKTbi) работы четырехтактных карбюраторного двигателя и
in юльного двигателя с прямым впрыском (см. также рис. 16).
Располагая несложным оборудованием, мы легко можем просле-
UI । ь, как меняется давление рабочей смеси (р) в цилиндре в зависимое -
III от положения поршня (угла поворота коленчатого вала<р). Зная раз-
меры поршня и угол поворота коленчатого вала, мы можем подсчитать
объем, занимаемый рабочей смесью (И). В результате мы получаем за-
висимости Р от V или ср, называемые индикаторными диаграммами.
Эти диаграммы могут быть получены экспериментальным путем при
помощи прибора индикатора, а могут быть расчетными. Последние
отличаются от действительных, так как не учитывают потери от тепло-
обмена с окружающей средой и некоторые другие моменты. Индика-
торные диаграммы очень полезны для анализа рабочего процесса, про-
исходящего в двигателе. Площадь, ограниченная индикаторной диаг-
раммой, соответствует индикаторной работе двигателя. Практический
интерес представляет и положение некоторых точек на диаграммах.
Диаграммы в координатахр — v очень похожи на диаграммы тепловых
циклов за исключением линии DA, условно замыкающей цикл. Вместо
псе на индикаторных диаграммах отображается петля, описывающая
процессы выброса отработавших газов и подсоса новой порции возду-
ха. Индикаторные диаграммы четырехтактных двигателей — карбюра-
торных и дизельных — в основных деталях похожи друг на друга. Об-
109
Этапы работы четырехтактного двигателя
 Таблица 4
Такт	Положение поршня и клапанов	Карбюраторный двигатель			Дизельный двигатель		
		Процесс	Т,°С	Р, МПа	Процесс	Г, “С	Л МПа
I	Поршень движе тся от в.м.т. к н.м.т. Впускные клапаны открыты	Всасывание горючей смеси а—Ь	Начало 500-700 Конец 40-50	Начало 0,1 Конец 0,08-0,09	Всасывание воздуха а—Ь	Начало 400-500 Конец 40-50	Начало 0,1 Конец 0,08-0,09
11	Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. Все клапаны закрыты	Сжатие горючей смеси Ь—с	Начало 40-50 Конец 300-400	Начало 0,08-0,09 Конец 0,6-1,2	Сжатие воздуха Ь-с	Начало 40-50 Конец 550-600	Начало 0,08-0,09 Конев 3-4
	За несколько градусов до в.м.т.	Воспламенение и сгорание горючей смеси, с— z Температура повышается до 1800°С, давление — до 4 МПа			Начало впрыска и сгорания топлива, c—z Температура повышается до 1800°С, давление — до 4-8 М1 i.i		
III	Поршень движет ся от в.м.т. к н.м.т. Все клапаны закрыты	Рабочий ход Z~d	Начало 1800 Конец 1100-1400	Начало 4 Конец 0,4	Рабочий ход c—z—d	Начало 1800 Коней 600-700	Начало 4-8 Конец 2,5-4
IV	Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. Выпускные клапаны открыты	Выпуск d—a	Начало 1100-1400 Коней 500-700	Начало 0.4 Конец 0,12	Выпуск d— а	Начало 600-700 Конец 400-500	Начало 2,5-4 Конец 0,11-0,1,’
Примечание. Латинскими буквами в графе «Процесс» обозначены участки на cool
ветствующих индикаторных диаграммах.
шая индикаторная диаграмма представлена на рис. 61. Проследим ход
процесса в соответствии с его описанием, данным в табл. 4. По линии
а — b поршень движется от в.м.т. к н.м.т., засасывая свежую порцию
бензовоздушной смеси (бензиновый двигатель) или воздуха (дизель
ный двигатель). Движение поршня создает разрежение, поэтому дав-
ление в цилиндре несколько ниже атмосферного. Достигнув н.м.т.,
поршень движется обратно. Происходит процесс сжатия (Ь — с). За
несколько градусов до в.м.т. начинается горение: проскакивает искра и
бензиновом двигателе или впрыскивается топливо. Процесс горения
быстро повышает давление в цилиндре до максимального значения /’f
(точка г). Чем круче поднимается линия с — г, тем выше скорость нарас-
тания давления Д./<р. С одной стороны, это хорошо, поскольку, чем вы-
ше /</<р, тем экономичней двигатель, но, с другой стороны, быстрый рост
этого показателя приводит к повышенному износу деталей двигателя. Та
ПО
Рис. 61 Индикаторная диаграмма
четырехтактного двигателя:
а—Ь — впуск; Ь—с — сжатие;
с—z — горение; z — максимальное
давление цикла; z— d — рабочий
ход d—a — выпуск;
Ро — атмосферное давление
 им образом, улучшение горения топлива имеет свои пределы. Наконец,
и, > пинии z — г/совершается рабочий ход, после которого поршень дви-
।  1ся обратно, вытесняя из цилиндра отработавшие газы (d— а).
Следует учитывать, что в реальном двигателе все процессы несколько смеще-
 I I Гак, процесс впуска начинается не в точке а, а несколько раньше, поскольку
। 1 кной клапан открывается немного раньше того момента, когда поршень
 । игнет в.м.т. Это нужно, чтобы к началу обратного хода поршня клапан успел
 । рыться полностью. Процесс впуска заканчивается с закрытием впускного
 шана — немного позднее прохода поршнем н.м.т. Смещены и другие фазы, но
 ' I упрощения на индикаторных диаграммах мы этого не показываем.
В двухтактном двигателе рабочий цикл совершается за два хода
поршня (рис. 62). При движении поршня от н.м.т. к в.м.т. последова-
" '1ьно происходят окончание продувки цилиндра, его заполнениесве-
 и смесью (или воздухом), сжатие и воспламенение топлива. При об-
। пом движении от в.м.т. к н.м.т. — горение топлива, расширение про-
। iob сгорания (рабочий ход), выпуск отработавших газов и начало
цувки. Нижняя часть индикаторной диаграммы, описывающая
цессы, происходящие вблизи н.м.т., имеет свои особенности. Во-
, пых, в ней присутствует линия efg, соответствующая продувке ци-
тра. Во-вторых, линия gc имеет начальный участок g«, на котором
исходит наполнение цилиндра свежей смесью. Затем начинается
щесс сжатия, и верхняя часть индикаторной диаграммы имеет такой
вид, как у соответствующих четырехтактных двигателей. После ра-
ите хода (zd) происходит выпуск газов через специальные клапаны
и окна (de) и начинается продувка цилиндра (ef). В камере сгорания
сгактного двигателя давление всегда выше атмосферного, посколь-
шижение поршня, создающее разрежение, отсутствует.
/(ругой вид индикаторных диаграмм представляет собой зависи-
н> давления в камере сгорания от угла поворота коленчатого ва-
111
р
Рис. 62. Индикаторная диаграмма
двухтактного двигателя: ab — сжати!
bcz — горение; zd — рабочий ход;
de — выпуск; efg — продувка;
да — впуск. Моменты: d — открытие
выпускного окна; е — открытие
продувочного окна; д — закрытие
продувочного окна; а — закрытие
выпускного окна. Ро — атмосферное
давление
ла (<р). В общем виде такие индикаторные диаграммы представляют со
бой сочетание двух кривых. Одна описывает процесс изменения давлс
ния, развиваемого поршнем без учета процесса сгорания. Ее называю
линией сжатия. Другая, линия сгорания, характеризует изменение давлс-
ния при сгорании топлива. В начале процесса до момента воспламене-
ния топлива обе линии накладываются друг на друга. После воспламе-
нения линия сгорания отрывается от линии сжатия и резко идет вверх
В конце процесса обе линии вновь сливаются вместе. Момент воспла-
менения топлива очень важен. Его следует устанавливать, учитывая,
что сгорание порции топлива требует времени, хотя и очень маленько-
го. Тем не менее за это время поршень успевает совершить некоторый
путь. Если топливо воспламенится в момент прохождения поршнем
верхней мертвой точки или позже, основная масса продуктов сгорания
топлива будет расширяться как бы вдогонку поршню и часть энергии
пропадет зря. Таким образом, акт воспламенения должен совершиться
до прохождения поршнем верхней мертвой точки. Однако если он про-
изойдет слишком рано, то продукты сгорания будут давить навстречу
поршню, противодействуя его движению к в.м.т. Выбор оптимального
момента воспламенения представляет собой серьезную задачу. В бен-
зиновом двигателе он определяется моментом проскакивания искры; в
дизельном — моментом впрыска топлива и его способностью к самово-
спламенению, то есть цетановым числом. На рис. 63 и 64 представлены
индикаторные диаграммы двигателей с разной организацией рабочего
процесса. В карбюраторном двигателе оптимальный момент проскаки-
вания искры расположен за 12—15 град, до достижения поршнем в.м.т.
(точка А). Через некоторый промежуток времени (1 фаза) развивается
горение, достаточное для отрыва линии воспламенения от линии сжа-
тия (точка В). За это время сгорает 6—8% горючей смеси. Когда пор-
шень проходит в.м.т., горение протекает наиболее интенсивно и давле-
112
I, 63. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя в координатах
V: а — нормально работающего; б — работающего с детонацией; 1 — линия
рания; 2— линия сжатия
Инс резко увеличивается. Оно достигает максимального значения
1 К-2,0 МПа) через некоторое время в точке С. Все это происходит за
30 град, угла поворота коленчатого вала (II фаза, за которую сгора-
<>коло 80% топлива). Считается, что наилучшие мощностные харак-
ристики двигателя достигаются в том случае, когда начало и конец
повной стадии процесса (точки А и Q располагаются симметрично
тосительно в.м.т. В завершающей фазе (ниспадающая ветвь кривой
рения) происходит догорание топлива. При сгорании топлива во вто-
й фазе необходимо учитывать скорость нарастания давления Л,. Ее
ргднее значение, равное Лд/Лф, где Лф — угол поворота коленчатого
.та, называется жесткостью процесса. Ее средняя величина составля-
। 0,1—0,2 МПа/град. На рис. 63
Угол поворота коленвала, град.
I ’ис. 64. Индикаторная диаграмма
дизельного двигателя в координатах
<р—V.'1 — линия сжатия; 2— линия
<т орания; 3 — температура
, б представлена индикаторная диаг-
рамма двигателя, работающего с
детонацией.
Индикаторная диаграмма ди-
зельного двигателя (см. рис. 64) де-
лится на три зоны. Первая продол-
жается от начала впрыска топлива
(точка А) до начала сгорания, за ко-
торое условно принимают момент
«отрыва» линии горения от линии
сжатия (точка В). Этот период назы-
вается периодом задержки воспла-
менения (ПЗВ). Вторая зона охва-
тывает процессы активного горе-
ния, в которых развивается макси-
мальное давление цикла (точка С).
449
ИЗ
В последней зоне происходит догорание топлива. Дизельное топливо
впрыскивается в камеру сгорания за 10—20 град, до верхней мертвой
точки. На образование его смеси с воздухом отводится очень мало врс
мени, и полностью гомогенной смеси не образуется. Средний диаметр
капель распыленного топлива составляет 20—100 мкм, а температура
воздуха в конце такта сжатия — 500-600сС, что на 100-200сС выше
температуры самовоспламенения топлива. Самовоспламенение топли-
ва происходит за несколько градусов до верхней мертвой точки, и в те-
чение некоторого времени в камере сгорания одновременно соверша-
ется впрыск последних партий топлива, образование его смеси с возду-
хом и горение этой смеси. Поэтому в процессе горения принимают
участие не только паровоздушная смесь, но и капли неиспарившегося
топлива. Закономерности диффузионного горения капли оказывают
большое влияние на процесс и результаты горения, например сажеоб-
разование. Полагают, что в начале горения около одной трети углерод»
топлива в камере сгорания находится в виде сажи, которая образуется и
результате интенсивного крекинга углеводородов в условиях высоких
температур, развиваемых при сжатии. Сажа в основном выгорает в пе-
риод активного горения, но некоторые ее количества догорают в пос-
ледние стадии, причем это может длиться на протяжении 50-60 град,
поворота коленчатого вала после верхней мертвой точки.
Воспламенение топлива, впрыснутого в камеру сгорания, происхо-
дит не сразу, а после периода задержки воспламенения, в течение кото-
рого поступившее в камеру сгорания топливо успевает прогреться,
прореагировать с кислородом воздуха и образоват ь первичные продук-
ты окисления. При окислении развивается температура, достаточная
для самовоспламенения топлива, и появляются очаги горячего пламе-
ни. В камере сгорания резко повышаются давление и температура. Чем
длительнее ПЗВ, тем больше остается времени для подготовки горючей
смеси и тем активнее происходит ее горение. Если ПЗВ слишком ве-
лик, то давление в камере сгорания нарастает очень быстро и возраста-
ют ударные нагрузки на поршень — наблюдается жесткая работа двига-
теля. Она приводит к его преждевременному износу. В результате де-
формации поршневых колец в картер прорывается большое количест-
во отработавших газов и теряется часть мощност и. С другой стороны,
растет расход масла на угар. Чем меньше ПЗВ, тем работа двигателя
мягче, но плохо приготовленная смесь сгорает хуже, с образованием
повышенного количества дыма. Мощность и экономичность дизеля
при этом падают. Оптимальное значение ПЗВ зависит от конструкции
камеры сгорания (она влияет на геометрию потоков топлива и воздуха)
и от способности топлива к самовоспламенению, то есть ЦЧ топлива.
Таким образом, угол ПЗВ и требуемое ЦЧ находятся во взаимозависи-
мости.
114
2.4.2. Основные показатели работы двигателей
Индикаторная и эффективная работа. Во время рабочего хода про-
к кгы сгорания развивают определенное давление, с которым давят на
поршень. Давление походу сгорания изменяется отр0до Р, но можно
и|«'/1ставить себе какое-то среднее давление pjf называемое средним
пишкаторным давлением. Его произведение на рабочий объем цилин-
<1<4 называется индикаторной работой А,, которая эквивалентна пло-
" пи индикаторной диаграммы:
Часть индикаторной работы, совершаемой поршнем, расходуется
< । преодоление сопротивления силам зрения в механизме, а остальная
< « гь, полученная на валу, называется эффективной работой. Послед-
пчи равна эффективному давлению, умноженному на рабочий объем
пнпиндра:
А^РфУ.
{начение дэ задается при конструировании двигателя и определяет
к< поминальную мощность.
Представления о значениях pt и рэ двигателей при полной нагрузке
‘ь.жно получить из приведенных ниже данных.
Тип двигателя	р:, М Па	/л,, МПа
। ырехтактные бензиновые без наддува	0,8-1,2	0,75-0,95
 ырехтактные дизельные без наддува	0,7-1,0	0,60-0,85
' ырехтактные дизельные с наддувом	>1,2	>1,0
По определению эффективная мощность всегда меньше индикатор-
ной на мощность механических потерь, соответственно и р3 меньше /т.
Мощность — основная характеристика двигателя. Аналогично рабо-
< различают индикаторную (Az) и эффективную (Ne) мощность: Ne =
Nm, где Nm— мощность, затрачиваемая на преодоление мехаыи-
к ских сопротивлений вдвигателе. Поскольку мощность — это работа,
выполняемая в единицу времени, для вычисления мощности двигателя
необходимо работу, совершаемую одним цилиндром (Л), умножить на
число цилиндров (/) в двигателе и число рабочих тактов за секунду.
Число рабочих тактов можно выразить через число оборотов коленча-
того вала (//), деленную на коэффициент z, учитывающий, что в четы-
рехтактном двигателе один рабочий ход приходится на два оборота ва-
ли, а в двухтактном — на один. Соответственно значения z будут рав-
няться 2 и 1. Таким образом, индикаторная и эффективная мощность
выражаются следующими уравнениями:
и;	А,- = Aj-i-n/z; Ne = A3i-n/z.
VT
115
Если поделить индикаторную мощность (индикаторную работу, и><1
вершаемую за единицу времени) на количество тепла, полученного пЛ
сгорании топлива за то же время, получим индикаторный КПД, пД
казывающий, какая часть тепла расходуется на совершение работе
поршнем. Количество тепла можно выразить через секундный расзД
топлива (G), умноженный на его низшую теплотворную способное
(ен):	4
КПДХ=/V/C7C2,,.	Ч
Аналогично эффективный КПД подсчитывается через эффектнее
ную мощность:
КПД, = Л^/б (?|Г	J
Индикаторный КПД автомобильного двигателя составляв
35—40%. То есть на совершение индикаторной работы расходуем
немногим более трети тепла, полученного при сгорании топлива. (><
тальное тепло уносится с отработавшими газами и водой, охлаждав,
шей двигатель.
Величина С показывает секундный расход топлива в двигателе. I .
ли ее поделить на мощность двигателя, можно получить удельный par
ход топлива (g). При этом целесообразно принимать во внимание не
индикаторные, а эффективные величины:
gc=G/Nc.
Удельный расход топлива является важной характеристикой двша
теля, показывающей его экономичность.	Ь
Коэффициент полезного действия двигателя — отношение количеств
ва тепла, затраченного на полезную работу (Сн), к теплу, полученному
при сгорании топлива (0(). Она выражается в долях единицы или про-
центах. В идеальной тепловой машине, работающей по циклу Карно,
Qrl = Qt — Q21 где Qi ~ тепло, отданное рабочим телом холодильнику. В
этом случае идеальный КПД ~	где и Т2 — соответствен-
но температуры нагревателя и холодильника. В реальной машине КПД
в 2 и более раз меньше, поскольку тепло не только отдается рабочим те-
лом холодильнику, но и теряется в других процессах. В двигателе внут-
реннего сгорания Qn составляет 20—30% (карбюраторный двигатель)
или 30—40% (дизельный двигатель). С охлаждающей жидкостью уно-1
сится 20-35% тепла (Сохл), 2—8% расходуется на нагрев смазочного!
масла (QM) и столько же теряется за счет теплопередачи от горячих сте-1
нок двигателя в атмосферу (£2ПОГ). Немалое количество тепла двигатель!
не получае т за счет неполного сгорания топлива (С,1С!|ОЯН)- Таким обра-’
зом, распределение тепла, полученного от сгорания топлива, можно
представить следующим образом:
О, = 02 + Опал + 0ОХЛ + QM + Qum + Онеполн-
116
6
I Рис. 65. Тепловой баланс двигателя внутреннего
\ сгорания: Q — тепло, содержащееся в подаваемом
\ 2 топливе (100%); 1 — потери с охлаждающей водой
(15-35%); 2 — потери от неполноты сгорания
/ топлива (0-5%); 3 — потери с отработавшими
Пл /I /	газами (25-50%); 4 — потери на трение в двигателе
ХУ/	Уз	и трансмиссии (10-15%); 5 — затраты на
	обслуживание работы двигателя (25-30%);
	i	q	6 — полезная работа на выходе (12-17%)
Выражение QIHVI/QI представляет собой тепловой КПД. Следует
Нкже учитывать, что часть Qn расходуется на трение дез алей двигателя,
«противление воздуха и т. д. (механический КПД), а также на обслу-
Жшание двигателя (нерабочие ходы поршней, работа вентилятора,
фгпереоборудования и т. д.). Схема теплового баланса двигателя внут-
реннего сгорания представлена на рис. 65. Из нее, в частности, следует,
ни непосредственно на колеса автомобиля передается около 15% всей
•ч ргии, содержащейся в топливе.
11риведенные выше характеристики необходимы для теплового рас-
। л двигателя, при котором определяются его оптимальные парамет-
нитровая мощность, размеры цилиндра и поршня, расход топлива
ц. Создатели первых двигателей никаких тепловых расчетов не про-
шли и не могли проводить, поскольку методы расчетов еще не были
 работаны. При конструировании превалировал эмпирический путь.
Впервые тепловой расчет двигателя ввел в практику русский теплотех-
ник В. И. Гриневецкий. Его метод до сих пор лежит в основе проекти-
г"н;|ния и анализа рабочих процессов двигателей.
Гриневецкий, Василий Игнатьевич (1871 — 1919) — русский инженер. В 1896 г.
• >пчил Московское Техническое училище и оставлен в нем для преподавания
мучной работы. С 1914 г. — директор училища. Ввел в теплотехнику подроб-
изучение рабочих процессов, протекающих в паровых машинах и двигате-
внутреннего сгорания. В 1908 г. впервые в мире предложил тепловой расчет
 питателя. После революции публично высказывал мнение о необходимости
гсгаврации капитализма и привлечения иностранного капитала. Одновре-
менно в книге «Послевоенные перспективы российской промышленности»,
'публикованной в 1919 г., предложил программу развития промышленности
Г'1ссии, заключавшуюся в создании крупных промышленных центров на Ура-
п- и в Сибири. Эта программа была использована при составлении плана Пер-
ши! пятилетки.
При испытаниях двигателей определяют следующие характеристики:
Скоростные характеристики', зависимость мощности и других па-
раметров от частоты вращения коленчатого вала л. Если определяет-
 и максимальная мощность, которую можно выжать из двигателя
при данном значении л, характеристика называется абсолютной
117
9
Рис. 66. Зависимость эффективной
мощности Л/е (1-3) и эффективного
давления Р6 (1а-3а) дизельного
двигателя от частоты вращения
коленчатого вала. Пример
скоростных характеристик: 1 —
абсолютной; 2 — предельного
дымления; 3 — эксплуатационной
внешней. Работа двигателя на такой характеристике может сопровож-
даться повышенной дымностью отработавших газов и перерасходом
топлива, поэтому интерес представляет характеристика предела
дымления — то есть, такие предельные значения мощности, при кото*
рых двигатель начинает сильно дымить. На такой характеристике то-
же работать нецелесообразно, поскольку малейшее отклонение при-
ведет к нарушению оптимального режима работы. Практическое
значение имеет эксплуатационная внешняя характеристика, опреде-
ляемая при номинальной для данного двигателя подаче топлив.1
Когда говорят о внешней характеристике, имеют в виду имени,,
эксплуатационную. На частичных подачах топлива определяют ч;к
тичные внешние характеристики. Их может быть столько, сколы-.,-
режимов подачи топлива. Принципиальные соотношения межд\
скоростными характеристиками дизельного двигателя можно виден
на рис. 66. В качестве параметров могут использоваться не толы-,,
мощность или давление в камере сгорания, представленные на рп
сунке, но и другие, например КПД, удельный расход топлива, крутя
щий момент и т. д.
Рис. 67. Пример нагрузочных
характеристик двигателя:
а — коэффициент избытка воздуха;
G - часовой расход топлива; де —
удельный расход топлива; 70Г —
температура отработавших газов, °С|
Н8
Коэффициент избытка воздуха
И' f>8. Пример регулировочной
Ьрпктеристики двигателя:
рисимость Л/о и Ge от <х
Нагрузочные характеристики'.
зависимость параметров работы
двигателя (расход топлива, темпе-
ратура отработавших газов) от
мощности при постоянном числе
оборотов (рис. 67). Она позволяет
найти оптимальные режимы рабо-
ты двигателя при данном числе
оборотов вала, с которого отбира-
ется мощность. Это важно для дви-
гателей, работающих в паре с насо-
сами, генераторами и другим обо-
рудованием, для которого постоя-
нство числа оборотов является
принципиальным требованием.
Регулировочные характеристи-
и зависимость мощности, экономичности и других параметров дви-
пн-пя от состава горючей смеси (коэффициента избытка воздуха) или
исхода топлива при постоянной частоте вращения коленчатого вала.

Iрнмер
регулировочной
характеристики карбюраторного двигателя
рнпеден на рис. 68.
Могут сниматься и другие характеристики, необходимые для
।цельных специальных случаев. Примером может быть винтовая ха-
iK геристика судового двигателя, связывающая мощность двигателя с
«ютой вращения вала. Характеристики могут описывать не только
кццностные параметры двигателя, но и их экологические свойства. На
не. 69 приведены дымность и токсичность отработавших газов дизеля
рп снятии нагрузочной характеристики.
Рис. 69. Дымность и токсичность
ОГ дизельного двигателя при
снятии нагрузочной
характеристики: С — дымность ОП
СО, СН и NOX — содержание в них
соответственно оксида углерода,
углеводородов и оксидов азота
119
2.4.3. Рабочий процесс в двигателях с непрерывным горением
В отличие от поршневых двигателей рабочий процесс в реактивных и
газотурбинных двигателях осуществляется непрерывно. В камеру сгори
ния раздельно подаются топливо из топливных баков и воздух, забирав
мый из атмосферы. Воздух сжимается, проходя через диффузор (в при*
моточных реактивных двигателях) или компрессор. В соответствии с
превращениями, которым подвергается горючая смесь, камерусгоранп!
условно делят на три зоны (см. рис. 34). В первой топливо испаряется и
образует горючую смесь. Во второй происходит сгорание топливопиь
душной смеси. В третьей зоне продукты сгорания, температура которых
достигает 2300°С, разбавляются воздухом, после чего их можно подавай
на турбину без риска разрушить ее лопатки. На выходе из турбины газы
поступают в форсажную камеру. Сюда при необходимости подается до*
полнительная порция топлива, при сгорании которой получают доби-
вочную мощность. Сгорание реактивных топлив сопровождается обрн-
зованием нагара на форсунке, головке и стенках жаровой камеры. Нат-
ра тем больше, чем выше температура кипения, вязкость и плотное и
топлива, а также содержание в нем ароматических углеводородов. Наш
рообразование изменяет гидравлические характеристики форсунок, ।
качество распиливания ухудшается. Это приводит к повышенной дым
ности двигателя. Впрочем на практике повышенная дымность отраб"
тавших газов реактивных двигателей наблюдается редко. Наибольшую
опасность представляет срыв пламени. Для того чтобы этого не случи
лось, стараются, чтобы скорость сгорания топливной смеси была н
1,5—2,0 раза выше скорости поступления воздуха в камеру сгорания. По
этой причине количество воздуха, подаваемого с топливом, таково, чн»
его избыток составляет 0,8— 1,0. При таком значении скорость pacnpoci 
ранения пламени максимальна. При крейсерском режиме, когда двига-
тель работает равномерно, поддержание устойчивого горения сравни-
тельно несложная задача. Считается, что надежную работу двигатели
обеспечивает тонкость распыла топлива со средним диаметром капель
70—100 мкм и углом раскрытия конуса распыла 80—90 град. При наборе
высоты плотность воздуха меняется, отчего затрудняется его дозировка и
возможна неравномерная работа двигателя, сопровождающаяся повы-
шенной дымностью отработавших газов и опасностью срыва пламени
При форсаже двигателя, когда он работает на богатой смеси, также наь
людается образование большого количества дыма. Дымный шлейф г
время взлета самолета виден невооруженным глазом. Рабочий процесс
газотурбинных установках сходен с процессом, протекающим в реактив
ных двигателях. И в том, и в другом случае в камеру сгорания разделып
подаются топливо и сжатый воздух. В первой зоне происходит смесеой
разование, затем следуют зоны активного горения и догорания смеси.
120
I 'ис. 70. Рабочий процесс и схема
камеры сгорания жидкостного
ракетного двигателя (Взято из
препринта Г Ф. Большакова
1еоретические основы химмотологии.
Рабочие процессы в ракетных,
реактивных и поршневых двигателях».
Препринт № 5. Томск: Томский филиал
СО АН СССР 1983)
ном ракетном двигателе при стационарном горении заключает в
Продукты сгорания вращают коле-
со газовой турбины. Существен-
ным отличием является то, что в
газотурбинных установках нет
форсажной камеры. В газовых тур-
бинах продукты сгорания также
разбавляются большим количест-
вом воздуха, в результате чего их
температура снижается с
1800—2000 до 600—850°С. Таким
образом, общее количество расхо-
дуемого воздуха в несколько раз
больше стехиометрически требуе-
мого. Однако количество первич-
ного воздуха, подаваемого в каме-
ру сгорания, составляет 25—35% от
всего количества, так что коэффи-
циент его избытка при горении ра-
вен 1,1—1,5. Из-за больших потерь
тепла коэффициент полезного
действия простейших газотурбин-
ных установок составляет 20—26%,
комбинированных (оборудован-
ных дизель-генератором с надду-
вом) — до 40%.
Рабочий процесс в жидкост-
себя
< иедующие фазы: впрыск компонентов топлива; их распыливание, ис-
парение и перемешивание; «горение» — химические реакции с образо-
иапием большого количества горячих продуктов сгорания. На рис. 70
представлены в графическом виде рабочий процесс (а) и схема камеры
< тирания двигателя (б). Процесс рассчитан так, чтобы скорость про-
дуктов сгорания на выходе из сопла была максимальной.
2.5. Нейтрализация и выпуск
продуктов сгорания
2.5.1. Характеристика продуктов сгорания
1.1.
' -'Продуктами полного сгорания углеводородов топлива являются во-
да и углекислый газ. Однако даже в отлично отлаженном процессе топ-
ливо сгорает не полностью. К продуктам неполного сгорания относят-
121
ся углеводороды, оксид углерода, альдегиды, сажа."Кроме того, peajnJ
ное топливо содержит некоторые количества соединений серы и азота!
которые в двигателе сгорают до оксидов. Много оксидов азота образу
ется за счет окисления азота воздуха при высоких температурах, разви
ваемых в камере сгорания. Если в топливе содержатся зольные компо-
ненты (присадки, механические примеси), то отработавшие газы со-
держат так называемые твердые частицы. Большую часть твердых час-
тиц представляет собой сажа. Таким образом, продукты сгорания топ
лива (отработавшие газы) представляют собой сложную смесь соедиие
ний, многие из которых токсичны для человека и вредны для окружи
ющей среды. При определенных климатических условиях некоторые
активные компоненты отработавших газов вступают в реакции между
собой и компонентами атмосферы, образуя пероксиацетил нитраты,
озон, другие соединения, образующие едкий, чрезвычайно токсичны!!
туман — фотохимический смог.
Справедливости ради следует заметить, что в токсичных выбросах повинны
не только топлива: специалисты утверждают, что до половины токсичных сос
динений образуется при сгорании масел, попадающих в камеру сгорания. Пос-
кольку масла имеют иной компонентный состав и содержат большое количест-
во присадок, исчисляющееся процентами и десятками процентов, для них ха-
рактерно образование повышенных количеств полициклических ароматичес-
ких углеводородов, твердых частиц и полихлорированных соединений.
Говоря о токсичности отработавших газов двигателей, особо выде-
ляют дымность. Под дымностью понимают образование таких продук-
тов, которые окрашивают выхлоп и делают его видимым. Различают
сизый и черный дым. Эти виды дыма имеют разную природу. Сизый ды J
образуется, когда в камеру сгорания попадает большое количество мае*
ла. Это происходит при холодном пуске или повышенном износе ци-j
линдро-поршневой группы. Он содержит едкие продукты так называе-j
мого химического недожога: углеводороды, альдегиды, кислоты, оксид(
углерода. Черный дым содержит большое количество сажи — продукт,
механического недожога.	<
Дадим экологическую характеристику наиболее важных продуктов
сгорания (табл. 5).
Поскольку токсичность продуктов сгорания различна (ее можно,
например, оценивать значениями предельно допустимой концентра-
ции (ПДК), принятыми для тех или иных веществ), иногда используют
индексы концентрации — безразмерную величину, учитывающую
количество вредного выброса и степень его токсичности. Численно
индекс концентрации равен кратности разбавления отработавшего
газа, содержащего вредный компонент, воздухом до достижения ПДК.
В табл. 6 представлено распределение средних индексов концентрации
122
г* ( J,
Таблица 5
Экологическая характеристика продуктов сгорания
Продукты сгорания	Экологически вредные последствия
««кислый газ	Участие в создании парникового эффекта
ксид углерода	Токсическое действие на человека и животных
)ксиды серы	Раздражение органов дыхания; образование кислотных дождей и туманов; разрушение катализаторов дожита ОГ на алюмооксидных носителях; разрушение зданий и сооружений
)ксиды азота	Раздражение органов дыхания; образование кислотных дождей и смога; участие в разрушении озонового экрана
Жгучие углеводороды	Наркотическое действие; участие в создании парникового эффекта, образовании озона и смога; нарушение тепломассообмена между океаном и атмосферой; в больших концентрациях — угнетение растительной жизни
Чолиароматические углеводороды НАУ)	Канцерогенное действие
)и»н	В тропосфере: токсическое действие на флору и фауну; образование смога, участие в создании парникового эффекта
l.ipi.l поды	В стратосфере: участие в создании парникового эффекта и разрушении озонового экрана
Хн.дегиды	Раздражающее действие на организмы; участие в образовании смога
• (единения свинца и других	Токсическое действие на флору и фауну;
1<*ни1ЛОВ	нарушение баланса микроэлементов в воде и почве; отравление катализаторов дожита; образование твердых частиц
псрдые частицы	Участие в образовании смога и кислотных дождей; запыленность атмосферы; аккумулирование канцерогенных соединений; нарушение теплового режима планеты
||>сдных компонентов в ОГ дизелей, на разных режимах работы
।питателя. Можно отметить, что львиная доля токсичности — от 40 до
1 >% — приходится на оксиды азота, хотя их концентрация в ОГ и
тупает концентрации многих других веществ.
Углекислый газ (диоксид углерода), СО2. Это непременный продукт
«(иного сгорания углеводородов. Растворяется в воде, образуя раствор
('•стойкой угольной кислоты, с которой знакомы все под видом гази-
'чики. Присутствует в атмосфере в концентрации 0,3—0,45%, благода-
>i чему дождевая вода (первые порции) не нейтральна, а имеет слабо-
ислую реакцию (pH = 5,5). Для растений и животных углекислый газ
иг «вреден. Однако он относится к парниковым газам и принимает на-
123
Таблица 1
Нагрузка, % от номинала	Индекс концентрации в условных единицах				Доля компонента, %			
	со.	СО	Альдегиды	NO,	СО,	СО	Альдегиды	NO.
0	3	8	6	76	3,3	8,7	6,5	41.
25	5	5	4	150	3,0	3,0	2,4	91.ь
50	8	7	3	340	2,2	2,0	0,8	95 "
75	И	7	4	400	2,6	1,7	0,9	94
100	14	9	6	400	3,3	2,1	1,4	93.
иболее активное участие в создании парникового эффекта. Поэтом
его выбросы в атмосферу стараются свести к возможному минимум
Основным способом снижения эмиссии СО2 является уменьшение ко
личества сжигаемого топлива, в частности, путем повышения экон<>
мичности двигателей. Разработаны также способы связывания СО, »
карбонаты, ожижения с последующим использованием в качестве хп
мического реагента. Кроме того, если существует такая возможное, i
рекомендуется выбирать топливо с наименьшим элементным содерж.1
нием углерода. Ниже представлено количество выбросов СО, (и
килограммах), образующихся при получении 1 ГДж энергии присгор.1
нии различных видов топлив с учетом содержания в них углерода, теп
лотворной способности и коэффициента полезного действия двиган-
лей и установок, использующих эти топлива:
Природный газ	50
Нефтепродукты	69—75
Уголь (битуминозный) 87
Наиболее экологичным топливом в этом случае является природный
газ. При использовании нефтяных топлив СО, образуется почти в пол
тора раза больше, но это все же меньше, чем при использовании угля.
Естественная эмиссия СО2 больше антропогенной, но находится вранного-
сии с его убылью. Антропогенная оказывается лишней составляющей, котора-i
смещает равновесие в сторону роста концентрации СО2 в атмосфере. Антропо
генную эмиссию СО2 связываютс численностью населения и рассчитывают по
формуле
ДСО2= 15Р,
где ДСО2 — прирост концентрации СО2 в атмосфере, млн-1; Р— численное! ,.
населения планеты, млрд чел. Прибавив эту величину к 270 млн-1 (естествен
ный фон), получим истинную концентрацию СО2 в атмосфере на данный
период.
Парниковый эффект — повышение температуры у поверхности Земли, выз-
ванное увеличением концентрации в атмосфере так называемых парниковых
газов, молекулы которых интенсивно поглощают тепловое излучение в инф-
124
I I '.1СН0Й области спектра. Эти газы прозрачны для ультрафиолетового и види-
пзлучения Солнца и нс препятствуют ему проникать на Землю. Энергия,
едшая с этим излучением, используется в процессах жизнедеятельности
гсльных и животных организмов, в результате которых образуется тепло,
выделяется в виде инфракрасного излучения, но обратно в Космос вер-
я не может, так как задержи кается молекулами парниковых газов. Таким
ом, баланс между количеством энергии, пришедшей от Солнца и энергией,
ной Землей в окружающее пространство, нарушается. Согласно прогно-
юнованным на расчетах Международной комиссии по климатическим из-
шям, повышение средней температуры атмосферы планеты по сравнению
пдустриальным периодом (1850) к 2025 г. может составить 2°С, а к 2100 г. —
. Такое потепление вызовет таяние льдов Северного Ледовитого океана и
(чное разрушение ледяного щита Антарктиды, что повысит уровень Миро-
жеана на 5-7 м. Общее потепление вызовет и другие климатические изме-
я: засухи, ураганы, грозы. Оно повлияет и на ареалы распространения жи-
.1х и растений, привыкших к определенному климату. С целью предотвра-
нозможное катастрофическое потепление атмосферы принята Конвенция
менении климата, вступившая в силу в марте 1994 г. Следует отметить, что
гсза о парниковом эффекте поддерживается далеко не всеми учеными.
1арниковые газы — газы, интенсивно поглощающие в инфракрасной об-
। спектра. Среди них наиболее важными являются углекислый газ, метан,
воды, оксиды азота и серы, оксид углерода, озон. Вклад газов в парнико-
>ффект зависит от интенсивности поглощения ими инфракрасных лучей и
жцентрации в атмосфере. В настоящее время усредненные оценки вклада
ующие: углекислый газ — 50%, метан — 15%, оксиды азота — 6%, осталь-
азы — 29%. Со временем эти цифры могут измениться. Так, например, не-
ч>ые специалисты ожидают увеличения роли метана, который по интен-
нг.пости поглощения инфракрасных лучей превосходит углекислый газ.
Оксид углерода (угарный газ), СО — продукт неполного сгорания
ииеподородов топлива. Это чрезвычайно ядовитый газ, соединяю-
щийся с гемоглобином крови подобно кислороду. При большой кон-
центрации СО в воздухе поглощение кислорода гемоглобином нару-
шается и ткани начинают испытывать кислородное голодание. Осо-
(1ГПНО страдают клетки мозга, отчего человек испытывает повышен-
ную усталость, раздражительность; при сильном отравлении угарным
in юм возможен летальный исход. Токсическое действие СО проявля-
йся уже начиная с малых его концентраций, которые наблюдаются на
упинах с оживленным движением, близ крупных источников про-
мышленных выбросов, в закрытых помещениях. ПДК СО в воздухе
производственных помещений при кратковременном (15—20 мин)
контакте — 0,2 мг/л, при длительном — 0,03 мг/л. Естественный фон
< О в тропосфере — 0,0001—0,001 мг/л, а естественная эмиссия срав-
нима с антропогенной и является результатом лесных пожаров и вул-
канической деятельности.
125
Развитие автотранспорта значительно повысило концентрацию СП
в воздухе больших городов и в окрестностях автострад, то есть в местах
с наибольшим скоплением людей. Основным источником СО являет
ся карбюраторный двигатель, выбрасывающий оксида углерода в 4-5
раз больше, чем дизельный. Поскольку оксид углерода — продукт не-
полного сгорания топлива, увеличению его эмиссии благоприятствуют
уменьшение коэффициента избытка воздуха, низкая температура, об-
разование отложений на деталях двигателя и топливной системы. При
холодном запуске двигателя образование СО идет в 2—5 раз интенсив
ней, чем при работе прогретого двигателя. Снижение эмиссии СО дос
тигается путем улучшения процесса сгорания топлива и установкой
каталитических нейтрализаторов. На практике используются моюшис
присадки к топливу, позволяющие поддерживать в чистоте детали дни
гателя и топливной системы.
Углеводороды. Основная масса нефтяных углеводородов, поступаю
щих в атмосферу, это потери при испарении топлив, главным образом
бензинов. На долю углеводородов, выбрасываемых с отработавшими
газами, приходится около 20% всей их эмиссии. Однако, между теми и
другими есть существенная разница. Углеводороды, испаряющиеся и i
топлив, относительно безвредны для человека, хотя и вызывают ошу
шение дискомфорта. Парафины обладают слабым наркотическим
действием. Олефины и ароматические углеводороды фотохимически
активны и участвуют в образовании вторичных аэрозолей. Природе yi
леводороды топлив наносят больший вред, чем отдельному человеку.
Вымываясь из воздуха и земли в воду, они нарушают тепломассообмен
между гидросферой и атмосферой. При окислении углеводородов води
обедняется кислородом: для окисления 1 л нефтепродукта требуется
столько кислорода, сколько его содержится в 400 тыс. литров морской
воды.
В отработавших газах содержатся углеводороды с повышенной тер
модинамической устойчивостью — это прежде всего ароматические и
непредельные соединения. Они образуются при пиролизе молекул уг-
леводородов топлива в относительно холодной зоне камеры сгора-
ния — в тонкой газовой пленке, разделяющей зону горения и стенки
камеры. Эмиссии углеводородов благоприятствуют недостаток кисло
рода, работа непрогретого двигателя, особенно на малых оборотах, не-
равномерное движение автомобиля. Углеводороды отработавших газов
отличаются сравнительно высокой токсичностью. Поэтому их часто
рассматривают особо, называя «неметановыми углеводородами»
(НМУ), так как они не относятся к гомологическому ряду метана.
Насыщенные и особенно непредельные углеводороды с высокой
химической активностью вступают в различные реакции с озоном и
оксидами азота, образуя компоненты фотохимического смога.
126
’ Фотохимический смог представляет собой вторичный аэрозоль, образую-
щийся в результате взаимодействия продуктов сгорания топлива и компонен-
II атмосферы под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Облуче-
"1'1- отработавших газов двигателя ультрафиолетовым светом в специальной
к моговой камере показывает, что при этом накапливаются озон, альдегиды и
Цг|юксиацетилнитраты, которые и являются основными компонентами фото-
химического смога. Они оказывают сильное раздражающее действие на живые
| inшзмы и угнетают развитие растений. Полную сводку реакций, протекаю-
Иих в атмосфере, дать невозможно, но из них можно выделить основные:
I. Окисление оксида углерода и насыщенных углеводородов с образовани-
М озона и альдегидов.
। 2. Фотолиз альдегидов и реакции образующихся формильных радикалов с
Исидами азота, приводящие к образованию пероксиацетилнитратов — агрес-
Ипных компонентов смога.
человека наиболее опасны углеводороды ароматического ряда,
среди них — бензол и конденсированные (полициклические) арома-
щсские углеводороды — ПАУ.
L Бензол, как и другие ароматические углеводороды, является причи-
ной образования бенз-а-пирена. По этому показателю он на порядок
ревосходит парафиновые и циклопарафиновые углеводороды с таким
с количеством атомов углерода. Вместе с испаряющимися бензинами
' фензол попадает в атмосферу. Основные источники: испарение неф-
|спродуктов (20%), выбросы с отработавшими газами автомобилей, не
Оборудованных каталитическими нейтрализаторами (70%) и потери
Ори заправке (10%).
Эмиссия бензола с отработавшими газами зависит от концентрации
беп юла и ароматических углеводородов в топливе.
Согласно установившемуся мнению, токсическое действие бензола
мш.ясняется токсичностью продуктов его окисления в организме, осо-
бенно, фенолов и полифенолов. Они нарушают ферментные процессы
и киетках. Тяжелые отравления бензолом приводят к смерти или дли-
||'|ц>ному расстройству здоровья. При окислении гомологов бензола
ибразуются менее токсичные соединения. Почти все количество бензо-
|ц (85—90%), поступающее в атмосферу в результате деятельности че-
ювека, выбрасывается автотранспортом.
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) в составе сво-
их молекул содержат три и больше конденсированных ароматических
циклов. Некоторые из них: бенз-а-пирен, дибензантрацен, метилхо-
। hi грен — характеризуются высокой канцерогенной активностью. На-
...нее хорошо исследованным соединением, своеобразным эталоном,
'и шется бенз-а-пирен, содержание которого контролируется в круп-
ных городах. Его наличие отмечено во всех продуктах горения углево-
юродов или их сухой перегонки. Наибольшее количество бенз-а-пи-
I i
127
рена образуется при 800—900°С. Основной источник его поступления и
атмосферу — отработавшие газы двигателей. Газотурбинные двигатели
выбрасывают этого продукта 40—400 мг/кг топлива; карбюраторные
3—20 мг/кг; дизельные — 5—30 мг/кг. На переменных режимах ускоре-
ния и торможения количество выбрасываемого бенз-а-пирена повы-
шается примерно в 10 раз и еще в 10 раз — при запуске холодного
двигателя. Таким образом, получается, что более 50% канцерогена по-
падает в атмосферу при холодном (15°С) пуске и прогреве двигателя.
Канцерогенная активность других ПАУ различна, и выраженных зако
номерностей, позволяющих ее прогнозировать, нет. Например, неза-
мещенные трициклические ПАУ неактивны, в отличие от некоторых
своих производных, содержащих заместители в ядре. Среди возмож-
ных 15 пентациклических углеводородов канцерогенная активносг||
обнаружена только у четырех:
Бенз-а-пирен > 1,2,5,6-дибензантрацен >
1,2,3,4-дибензфенантрен >> 1,2,7,8-дибензантрацен.
ПАУ образуются в результате пиролиза бициклических ароматичес-
ких соединений, которых достаточно много в среднедистиллятных
топливах, а также в маслах, часть которых, попадая в топлива, cropaci
вместе с ними. Полагают, впрочем, что еще большее значение имени
прямые выбросы ПАУ, непосредственно содержащиеся в топливах
Было замечено, что концентрация трех-пятикольчатых ароматических
углеводородов в топливах соответствует их содержанию в отработан
ших газах. Особенно много ПАУ содержится во фракциях, полученных
деструктивной переработкой нефтяных остатков, в легком газойле ка
талитического крекинга, например, концентрация фенантренов и бо
лее конденсированных углеводородов может достигать 3%. Бенз-а-пи
рен образуется и при сгорании газообразного топлива, не содержаще! о
ароматических углеводородов, хотя и в несколько раз меньше. Полага
ют, что в этом случае он является продуктом уплотнения ацетилена и
этилена, образующихся в низкотемпературной зоне факела в резулыа
те пиролиза метана.
Уменьшение эмиссии углеводородов достигается теми же методами,
что и уменьшение эмиссии СО. Кроме того, в бензинах ограничивает-
ся содержание бензола (в России — не более 5% об., в США и Западной
Европе — не более 1%).
Оксиды серы. Соединения серы сгорают с топливом до образования
диоксида SO2. Небольшая его часть (1—5%) окисляется кислородом до
триоксида — серного ангидрида SO3. Катализаторы дожита отработав-
ших газов способствуют окислению SO2 в SO3. Оксиды серы являются
причиной химической коррозии металлических деталей, разрушают
алюмооксидные носители катализаторов дожита отработавших газов.
128
i> гвуют в образовании кислотных дождей и туманов. С увеличением
ицентрации серы в топливах растет эмиссия твердых частиц — за
। । увеличения образования сульфатов.
1'ислотные дожди. Первый кислотный дождь был зарегистрирован в Ман-
ре в конце прошлого века метеорологом Р. А. Смитом, заметившим, что
ки разъедают камень и чугун. С тех пор концентрация основных загрязни-
.1 в атмосфере резко повысилась. Основные составляющие кислотных дож-
iwii серная и азотная кислоты, образующиеся из соответствующих оксидов.
Il'i.ii одаря кислотам, pH дождевой воды в наше время может достигать 3, тогда
►[«к естественным <]юном (из-за наличия в атмосфере углекислого газа и окси-
фи серы, выбрасываемой вулканами) следует считать 5,2-5,6 — во всяком слу-
<Ш<’. шкой показатель имеет талая вода из древних льдов. Следует отметить, что
йпшюльшсй кислотностью отличаются осадки, выпадающие в начале дождя,
чпем их кислотность снижается и при достаточной продолжительности pH
•нишевой воды может достигнуть семи. Кислотные дожди поражают растения,
1«1рушающим образом действуют на памятники архитектуры. Борьба с кис-
лимыми дождями заключается в уменьшении эмиссии оксидов серы и азота.
(’окращение выбросов оксидов серы достигается улучшением каче-
нии топлив и очисткой продуктов сгорания. Для удаления серы из топ-
лив применяют гидроочистку и серопоглощение, а продукты сгорания
обрабатывают реагентами, связывающими SO2 и SO3. Последнее име-
г| смысл при сжигании мазута в топках крупных котельных и электро-
< 1.ПЩИЙ. Во-первых, содержание серы в мазуте в любом случае велико
вставляет проценты, во-вторых, систему промывки дымовых газов
повить проще, чем систему очистки отработавших газов на транс-
 ге. Пропуская дымовые газы через растворы щелочных агентов,
। ример извести, оксид серы можно связать в сульфат.
I • этом случае, как и во всяком другом, возникают неприятные сопутствую-
проблемы. Например, куда девать получающиеся сульфаты? Не очень
пая тепловая станция потребляет около 10 тыс. т мазута в месяц. При до-
по низком содержании серы в мазуте М-100, равном 2%, при поглощении
да серы будет образовываться около 850 т сульфата кальция в месяц или
г 10 тыс. т в год. Приходится думать об утилизации этого количества. Пу-
аиения проблемы различны. Чаще всего сульфаты вместе с золой отправ-
в отвалы. Но можно продавать сульфат кальция в виде товарного гипса,
вырабатывать сульфат аммония, являющийся ценным минеральным удоб-
ем. Сказанное выше является примером того, что почти все проблемы,
икающие на практике, являются комплексными и решение их тоже долж-
ать комплексным.
Оксиды азота, NOX. Из пяти известных оксидов азота при сгорании
"ииива образуются главным образом NO и NO2, сумма которых обо-
||ачается как NOX. NO образуется гораздо больше, чем NO2, но он до-
' п.но легко окисляется, в результате чего соотношение NO:NO, в воз-
129
/	духе населенных пунктов и автомагистралей составляет обычно от 2 iifll
6. Все оксиды азота физиологически активны и потому опасны для ’и
ловека.
Оксид азота — нервный яд; подобно СО он способен присоенп
няться к гемоглобину крови, конкурируя с кислородом. Из-за кисч..
родной недостаточности возможны функциональные расстройся
работы сердца. Поэтому, если всмеси оксидов МОХоксид азота прея-
ладает, то на первый план выступают мозговые и сердечно-сосудие1п
заболевания.
Диоксид азота раздражает легкие и слизистые оболочки, в больше
J	концентрациях вызывает отек легких, понижает кровяное давлепи
В результате нарушения кровообращения через систему легких мол
{наступить смерть. Диоксид азота принимает участие в образоваип
кислотных дождей и в реакциях синтеза-разложения озона. При этом
нижних слоях атмосферы он способствует повышению его концен-цм
ции, а в стратосфере, напротив, распаду. Полагают, что оксиды аю>
являются вторым по важности фактором, влияющим на разрушена
озонового экрана.
Озоновый экран. Так называют участок стратосферы, расположенный на км
соте 18—30 км, в котором относительная концентрация озона максимальн
Озон принимает на себя удар ультрафиолетового излучения, под действием । 
торого разлагается на молекулярный и атомарный кислород. Убыль озона м--
полнястся из нижних слоев атмосферы (где его абсолютное — но не отно, и
тельное! — количество больше) и за счет реакций синтеза с участием азота, а и.
марного и молекулярного кислорода. Поскольку скорость реакции зависит
интенсивности излучения и температуры, количество образующегося озон-
меняется в зависимости от времени суток и года. На рубеже 70-х и 80-х гот.
были сделаны замеры в Антарктиде в районе британской станции Халли-Бсп
показавшие, что концентрация озона в атмосфере снижается. За восемь лш,.
1979 по 1987 г. она уменьшилась более, чем вдвое. Для измерения содержашн
озона в атмосг|)ерс с 1931 г. используются спектрофотометры Добсона, опрелс
ляющие, какая часть ультрафиолетового излучения Солнца достигает Земли.
Так как озон поглощает УФ-излучение (в области короче 290 нм), то приборы
Добсона фактически измеряют количество озона, содержащееся в столбе ат-
мосферы над единицей площади прибора. Одна единица Добсона соответству-
ет 2,687-1016 молекул О3/см2. Интенсивность озонового слоя меняется с геог-
рафической широтой. Над тропиками она составляет 260-280 ед. Д„ в умерен-
ных широтах — 320—350, над полюсами доходит до 450. Амплитуда сезонным
колебаний составляет 30—40%. Наибольшая толщина озонового слоя прихо
дится на весенне-летний период, а наименьшая — на конец осени — начало зи-
мы. Оценим толщину озонового слоя при «нормальной» интенсивности и
350 ед. Д. Помня число Авогадро (6,02-1023 молекул в моле вещества), подсчи-
таем, что над одним квадратным сантиметром поверхности находится 156-10 '
моля озона, или 0,75 мг. Вот это количество и защищает жизнь на планете.
130
Уменьшение толщины озонового слоя означает увеличение интенсивности
шучения Солнца, достигающего поверхности Земли, а это губительным
>м сказывается на живых организмах. На каждый 1% потери озона при-
i и 1% увеличения УФ радиации Солнца и соответственно заболеваний
। кожи. Во время войны в Персидском заливе было также обнаружено, что
мучение угнетает иммунитет человека. Среди американских солдат, на-
шихся в зоне озонового минимума, начались повальные заболевания,
м каждый страдал той болезнью, к которой был предрасположен. Сейчас
। го считать, что борьба с озоновыми дырами заключается в глобальном
 от разрушителей озона — фреонов и уменьшении эмиссии других озо-
пушающих веществ, прежде всего оксидов азота. Заметим, что, как и в
с с парниковым эффектом, гипотеза об антропогенном разрушении озо-
о экрана имеет многочисленных оппонентов. Они утверждают, что коле-
। толщины озонового экрана объясняются исключительно природными
номсрностями, плохо нами изученными.
|ри горении топлива оксиды азота образуются в результате окисле-
। юга воздуха («быстрые» оксиды) и азота, содержащегося в топли-
юпливные» оксиды). Окисление азота воздуха зависит от темпера-
. и в несколько меньшей степени — от концентрации кислорода1.
горении светлых топлив, содержащих малые количества азота, в
уктах сгорания содержатся в основном «быстрые» оксиды. В слу-
статочных топлив приходится учитывать образование и тех и дру-
В отличие от «быстрых», образование «топливных» оксидов мало
ит от температуры, их обнаруживают уже в начальной части факе-
и-1 700°С. В основном на окисление азота топлива влияет концент-
я кислорода. С повышением температуры в камере сгорания ско-
. окисления азота увеличивается. Поэтому количество выбросов
растет всегда, когда интенсифицируется процесс горения топлива,
имер при увеличении скорости движения автомобиля. Уменьше-
ныбросов оксидов азота — сложный процесс и достигается комп-
>м мероприятий. Они делятся на две группы: 1) уменьшение тем-
гуры в камере сгорания двигателя при сохранении его мошност-
характеристик и 2) нейтрализация отработавших газов. Читатель
ложет предложить варианты технических решений. Основные из
представлены в разделе 2.5.3.
11ьдегиды — продукты предпламенного окисления топлива в каме-
• । орания. Их максимальное количество в смеси, находящейся в ка-
- ре сгорания, наблюдается в верхней мертвой точке, а также через не-
• •inpoe время после начала горения, когда угол поворота коленчатого
>миа составляет 20—25 град. Большая часть их сгорает в дальнейших
iponeccax, но в некоторых условиях часть их выбрасывается с ОГ в ат-
'При 1500°С равновесный выход окиси азота в реакции N2 + О, —> 2 NO составляет
1.4%. Э4ЖГ
г
131
мосферу. Определение альдегидов в отработавших газах трудная задача,
так как они очень реакционноспособны и быстро окисляются. Кон*
центрация альдегидов в ОГ зависит от ряда факторов и тем меньше, чем
больше в продуктах сгорания остаточного кислорода, чем выше сто*
пень сжатия и давление в цилиндре, чем выше температура подаваемо-
го воздуха. Основную массу альдегидов (более 90%) составляют прос-
тейшие: формальдегид, ацетальдегид и акролеин. Альдегиды сильно
раздражают слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, уг-
нетают нервную систему. Особенно выражены эти свойства у ненасы-
щенных альдегидов, например акролеина, который при сгорании
органических веществ образуется в достаточно заметных количествах.
ПДК акролеина — 0,7 мг/м3. Кроме того, альдегиды принимают актив-
ное участие в фотохимических реакциях, приводящих к образованию
фотохимического смога.
Озон (О3) не образуется в двигателе при сгорании топлив, а являет-
ся результатом вторичных реакций в атмосфере, в которых принимают
участие оксид углерода, углеводороды и оксиды азота. Эти реакции
достаточно сложны, и мы их не рассматриваем. Достаточно сказать,
что превращения одной молекулы СО приводят к образованию моле-
кулы О3, а молекулы метана — не менее двух молекул озона. Молекулы
оксидов азота являются своеобразными посредниками в этих превра-
щениях, способствуя образованию озона (это в тропосфере, а в стра-
тосфере, напротив, они участвуют в разрушении озона). В настоящее
время прирост концентрации озона в тропосфере составляет 0,5—4'<
отн. в год. Наиболее высокая концентрация наблюдается в урбанизп
рованных районах с развитой промышленностью и транспортом.
Роль озона в стратосфере (озоновый экран) мы рассматривали вы-
ше, она полезна для планеты. Тропосферный озон, напротив, вреден.
Он токсичен для флоры и фауны, угнетает рост растений, подавляя фо-
тосинтез. Озон нарушает движение крови к легким, что, как считают,
действует возбуждающе на животных. Повышение концентрации озо-
на отрицательно сказывается на самочувствии человека и продолжи
тельности его жизни.
Поскольку озон — продукт превращений СО, углеводородов и ок
сидов азота, борьба с его образованием сводится к уменьшению эми<
сии названных соединений.
Твердые частицы. Под твердыми частицами понимают все вещества,
собираемые из выхлопных газов на бумажном фильтре при 51,7°С
(125°F). Таким образом, под это определение подпадают связанная вода
и жидкие продукты неполного сгорания топлив и масел. Размеры твер-
дых частиц колеблются от 0,1 до 30 мкм, а основная их масса (около
60%) имеет диаметр, не превышающий 1 мкм. В их состав входят сажи
(31—46% от массы в среднем, а при максимальных нагрузках дизеля
132
no 95%), продукты износа трущихся металлических поверхностей, кера-
мические волокна, зола от присадок к топливам и маслам, сульфаты,
 оревшие углеводороды и вода в виде кристаллогидратов: одна моле-
 и сульфата может связать до 6,5 молекул воды. В виде сульфатов, ок-
п н>в и карбонатов в твердых частицах содержатся практически все ме-
111 ня, которые попадают в топливо при контакте с металлическими по-
и рчпостями, с присадками, механическими примесями, наконец, из
и- фгяного сырья при производстве топлив. Среди них обнаружены вы-
। токсичные хром, ванадий, свинец. Токсическое действие металлов
_т усиливаться или ослабляться в смесях, проявляющих эффекты
ргизма или антагонизма. На хорошо развитой поверхности твердых
। щ сорбируются токсичные продукты неполного сгорания топлив и
л, в том числе гетероатомные и полициклические ароматические
(нения, непредельные углеводороды. Они представляют собой так
|.таемую растворимую органическую фазу, причем продукты разло-
। пня масел составляют в них большую часть: 80—85%. (Унос масла с
<нработавшими газами достигает 0,1—0,25 л/1000 км.)
Па образование твердых частиц влияют плотность топлива,
пч (кость, его фракционный состав, цетановое число, наличие серы и
(рематических углеводородов. Все эти показатели, за исключением
оиержания серы, взаимосвязаны. Чем тяжелее фракционный состав и
|||.||пе плотность, тем больше ароматических углеводородов и соответ-
 । пенно твердых частиц в продуктах сгорания. Кроме того, при высокой
1ПОГНОСТИ топливная смесь легко переобогашается, что также спо-
ноствует образованию частиц. Установлено, что при снижении плот-
ности дизельного топлива с 845 до 835 кг/м3 выбросы твердых частиц
могут быть снижены на 0,014 г/кВт-ч, или на 10% от предельной нормы.
Много твердых частиц образуется при сгорании мазутов, так как
кш характеризуются сравнительно высокой зольностью и большим
•пллническим недожогом. Кроме того, продукты сгорания сернистых
11 ivtob коррозионно агрессивны, и в уходящих газах высока концент-
।'.inия оксидов железа. Результат механического недожога — сажа, сос-
ыиляюшая до 90% массы твердых частиц. Поэтому меры, направлен-
ные на увеличение полноты сгорания котельных топлив, приводят к
нпжению выбросов твердых частиц. Основные из них: применение
(Кспергирующих добавок, сжигание мазутов в виде ВТЭ, а главное —
чистка дымовых газов.
Большая часть твердых частиц задерживается специальными саже-
ными фильтрами, устанавливаемыми совместно с катализаторами до-
жита или самостоятельно. Влиять на эмиссию ТЧ можно и при помо-
щи присадок к топливу. К таким присадкам относятся соединения
металлов, катализирующие выгорание сажи. Они получают распрост-
|мнение в связи с увеличением использования сажевых фильтров.
133
Твердые частицы, выбрасываемые с продуктами сгорания топлив, горазж
токсичнее неорганических пылевидных частиц, представляющих собой окси
ды и соли металлов. Атмосферная пыль бывает естественного и техногенной
происхождения. Последняя в большом количестве выбрасывается некоторыми
промышленными (металлургическими, цементными и другими) предприятия-
ми. Она тоже наносит ущерб природной среде. Пылевидные частицы размером
0,1 — 1 мкм, сравнимым с длиной волны видимого света (400—800 нм), интсп
сивно рассеивают и поглощают солнечные лучи, ухудшая прозрачность атмо<
феры. При концентрации твердых частиц 150 мг/м3 видимость ухудшается
8 км, а прямая солнечная радиация — в три раза. Поглощение света тормол
процесс фотосинтеза. Пыль ослабляет поток УФ-лучей, оказывающих стерв
лизующее действие, атакже необходимых для синтеза витамина D3, недостатЛ
которого приводит к рахиту.
Сажа — основная и наиболее токсичная часть твердых частиц. Л
предпламенных стадиях горения в камере сгорания происходит интеи
сивный крекинг топлива, в результате чего образуется большое каличе»
ство частиц углерода. Затем они выгорают, но по ряду причин не пол-
ностью. При работе двигателя на богатой смеси (это происходит при
форсировании двигателя или неисправности топливной аппаратуры)
большое их количество сгорает лишь после рабочего хода поршня и вы-
деляющееся тепло бесполезно уходит с отработавшими газами, темпе
ратура которых повышается на несколько градусов против обычною
Часть сажи в составе черного дыма выбрасывается в атмосферу. Выбро
сы несгоревшего топлива в виде сажи означают механический недожги
и снижение КПД двигателя, но помимо того сажа является переносчи-
ком канцерогенных полициклических ароматических углеводородои,
сорбируя их на своей поверхности.
С твердыми частицами связана гипотеза об эффекте вметывания атмоефе
ры, противоположном рассмотренному выше парниковому эффекту. Из-м
рассеивания твердыми частицами солнечного излучения снижается его интев
сивность и атмосфера охлаждается. Такие явления достоверно доказаны п.>
примерах похолоданий, наблюдавшихся при извержениях вулканов, выбрасы
вавших большое количество пыли и сернистых газов в воздух. Например, пос
ле извержения вулкана Тамборо температура приземных слоев воздуха на
короткое время снизилась на 2°С. Теоретические оценки показывают, что вме-
тывание атмосферы может вполне компенсировать парниковый эффект: и N
том и в другом случае количество теряемой или прибываемой энергии оцени-
вается в 1,5—2 Вт/м2.
2.5.2. Нейтрализация продуктов сгорания
В главе 1 мы рассмотрели методы нейтрализации токсичных про-
дуктов сгорания топлив. Наиболее распространенный и эффективный
способ заключается в каталитическом дожигании отработавших газон,
134
Каталитический дожиг с целью повышения экономичности и улучшения
•> алогических характеристик энергетических установок и двигателей был
первые предложен американским инженером и промышленником Э. Гудри.
11 нем — см. в гл. 3.
В основе каталитических нейтрализаторов лежит катализатор, на-
несенный на окись алюминия или другой носитель, закрепленный на
керамической или металлической подложке. На катализаторах проте-
ыют реакции окисления и восстановления. Из окислительных реак-
ций следует выделить дожиг СО и углеводородов. Одновременно идет
и окисление SO2 в SO3 — процесс для катализатора вредный. Из реак-
ций восстановления наиболее важны превращения 1МОД. в молекуляр-
ный азот или аммиак, осуществляемые под действием углеводородов
инн водорода. Протекают и нежелательные восстановительные реак-
ции, в результате которых образуются сероводород и закись азота. Пер-
вый токсичен и обладает неприятным запахом, а закись азота относит-
। и к парниковым газам и, кроме того, в стратосфере принимает участие
и разрушении озонового экрана. Какой тип реакций преобладает, зави-
। пт от типа катализатора и состава смеси: бедные смеси, с а > 1, пред-
। пшляют собой окислительную среду, богатые, с а < 1, — восстанови-
। гпьную.
В каталитических нейтрализаторах параллельно протекают реакции
кшперсии — взаимодействия СО и углеводородов с водой, в результа-
н- чего образуются водород и углекислый газ. Водород может восста-
п.шливать оксиды азота и серы до азота, аммиака и сероводорода.
В качестве катализаторов используют платину, палладий, родий, ок-
ицы меди, никеля, хрома, марганца и других металлов. Наиболее эф-
ii.-ктивны металлы платиновой группы, которые нашли почти исклю-
чительное применение. Иногда их промотируют добавками оксидов
пругих металлов. Из этих металлов платина и палладий катализируют
реакции окисления, а родий — восстановления. Для достижения опти-
маиьного эффекта стараются использовать смеси этих металлов.
Таким образом, в каталитических нейтрализаторах протекают две
целительные и одна восстановительная реакции:
2 СО + О2 -> 2 СО2;
С Н, 7 + 2п + 1 О, —> СО, + Н7О;
2 СО + 2NO-> 2СО2 + N,.
Существует несколько типов каталитических нейтрализаторов, раз-
чающихся выбором катализатора и конструктивными решениями.
Лютейшие — окислительные катализаторы для бедных смесей или
дополнительно разбавляемых воздухом. Они эффективны только
и снижения выбросов СО и углеводородов. При работе на обогащен-
IX смесях используют двухступенчатые нейтрализаторы: первая сту-
135
пень (платина-родий) работает на обогащенной смеси и обеспечивав
протекание восстановительных реакций, на вторую ступень подакн
воздух и дожигают остальное количество углеводородов и СО. О целс
сообразности такой схемы говорить трудно, так как она предполагает
регулировку карбюратора на богатую смесь, что само по себе не очеш.
экономично.
Оптимальными являются каталитические нейтрализаторы тройню
го действия на базе платины и родия или платины, палладия и родия,
обеспечивающие протекание всех типов реакций. Они могут быть обо*
рудованы датчиком состава смеси, соединенным с электронной сисгс*
мой впрыска, регулирующей соотношение воздуха и топлива. Для это*
го используются так называемые Х-зонды, устанавливаемые в выпуск*
ном трубопроводе и определяющие концентрацию кислорода в 01
С повышением значения X повышается дожит углеводородов и оксид»
углерода, но снижается степень разложения оксидов азота. Существуй
область при X немного менее 1, при которой суммарная степень прев
ращения токсичных веществ наиболее велика (рис. 71). Каталитичга
кие нейтрализаторы, снабженные Л-зондом, способны снизить выбро
сы СО, NOX и углеводородов в сумме на 95%.
Эффективный дожит продуктов неполного сгорания осуществляется
при температуре 400—450°С. Эта температура обеспечивается самими
отработавшими газами, а также тепловыми эффектами реакций, проте-
кающих на катализаторах. Однако в первые 1—2 минуты после пуски
двигателя, когда отработавшие газы еше не успевают прогреть катализа-
тор до рабочей температуры, токсичность отработавших газов высоки
Замечалось, что при испытаниях по
федеральному циклу США в перио
холодного пуска выбрасывается 8(1'•
от общего количества токсичных п<
ществ, регистрируемых при испыза
ниях. Оптимальным техническим
решением считается подогрев ката-
лизатора или сочетание основного
катализатора с подогреваемым
вспомогател ьн ы м.
Существует ряд химических элс*
ментов, которые являются ядами
для катализаторов из благородных
металлов. К ним относятся прежде
всего свинец, цинк, фосфор. Нам*
более сильным ядом является сви
нец, в присутствии которого ката
лизатор теряет активность уже черг
Рис. 71. Влияние коэффициента
избытка воздуха на степень
превращения продуктов сгорания
в каталитическом нейтрализаторе:
оксида углерода (СО), углеводородов
(СН), оксидов азота (NOX)
136
несколько часов работы. Этим, в частности, объясняется уск \j
переход промышленно развитых стран на неэтилированныг
Что касается цинка и фосфора, то они присутствуют в npncaj
юрным маслам. Теоретически при угаре масел продукты их
попадают в каталитические нейтрализаторы. Но количеств
г только мало, что серьезных опасений пока не вызывает.
У каталитических нейтрализаторов, устанавливаемых на дизельных
.ттомобилях, есть свои особенности. Сравнительно низкая
< '00 -400°С) температура отработавших газов требует высокой актив-
ности катализатора. При этом большая часть сажи, так характерная для
дизелей, не выгорает и забивает катализатор. Поэтому перед нейтрали-
кггором устанавливают сажевые фильтры. Однако сажевые фильтры
быстро забиваются и требуют регенерации. Это происходит через
.’00—500 км пробега. Таким образом, регенерация необходима в конце
каждого рабочего дня. Для регенерации разработаны специальные го-
релки и нагревательные элементы, поскольку для выгорания сажи
нужна температура 550—600°С. При выжигании сажи развивается тем-
пература выше 1400°С, достаточная для того, чтобы поры фильтра по-
i гспенно спекались. Это сказывается на его эффективности. Для сни-
жения температуры выгорания сажи в топливо или на поверхность
фильтра наносят каталитические добавки. Некоторые из них могут
« пизить температуру выгорания сажи до 250—400°С, что уже сравнимо
( температурой ОГ. Добавки представляют собой соединения метал-
лов — катализаторов горения. В основном это медь или железо.
2.5.3. Краткое описание методов снижения токсичности
продуктов сгорания топлив
В табл. 7 приводится перечень основных методов снижения токсич-
ности и экологической опасности продуктов сгорания топлив. Предс-
тпвлены как рассмотренные выше методы, так и другие, подробное рас-
смотрение которых находится вне рамок настоящей книги.
2.6. Смазка двигателя
Процесс смазки предназначен для уменьшения износа трущихся ле-
тней двигателя, топливной аппаратуры, трансмиссии и других агрега-
1ов. Смазка может осуществляться топливом, маслом и пластичными
смазками. В отдельных случаях могут применяться пасты и твердые
смазочные материалы.
Смазка топливом применяется в некоторых двухтактных двигате-
лях, где отсутствует масляная система. Кроме того, топливо выступает
137
Таблица 7
Токсичные компоненты	Метод уменьшения выброса	Принцип метода
Углекислый газ	Все технические и организационные методы, связанные с экономией топлива Переход на топлива с мень- шим содержанием углерода, например природный газ Промывка продуктов сгора- ния топлива щелочными агентами (растворами извести, соды и т. д.)	Выбросы СО, прямым образом связаны с количеством сгоревшего топлива Выбросы СО, пропорциональны содержанию углерода в топливе Перевод СО, в соответствующие карбонаты
Оксид углерода	Использование моющих и аитинагарных присадок Использование присадок — катализаторов горения Применение термических нейтрализаторов отработавших газов Применение каталитических нейтрализаторов окислительного действия Сокращение времени холодного пуска двигателя	Присадки уменьшают образование отложений на дезалях двигателя и топливной аппаратуры и способствуют сохранению оптимального режима работы Катализаторы горения способствуют более полному сгоранию топлива Термические нейтрализаторы дожигают оксид углерода в системе выброса ОГ Каталитические нейтрализаторы дожигают оксид углерода в системе выброса ОГ Эмиссия оксида углерода во время холодного пуска двигателя наиболее интенсивна
Оксиды серы	Снижение содержания серы в топливе Применение металлсодер- жащих присадок к топливу Применение жидкостных нейтрализаторов ОГ Введение карбонатов кальция или магния в топку	С уменьшением снижения содержания серы в топливе образуется меньше оксидов Присадки на основе бария, кальция и других металлов, связывают оксиды серы в сульфаты Водные растворы реагентов (сода и пр.) поглощают оксиды серы, связывая их в соответствующие соли В процессе горения оксиды серы связываются в сульфаты
Углеводороды — компоненты топлив	Организация хранения и транспортировки топлив Ограничение содержания в топливе отдельных наиболее вредных углеводородов, например бензола или ксилолов	Уменьшение потерь в окружающую среду Выбросы углеводородов (бензола) прямопропорциональны их содержанию в топливе
138
Продолжение табл. 7
Углеводороды — продукты < юрам ля топлив  € ‘ '•	Использование моющих и антинагарных присадок Использование присадок — катализаторов горения Сокращение времени холодного пуска двигателя Применение термических нейтрализаторов отработавших газов Применение каталитических нейтрализаторов окислительного действия Рециркуляция картерных газов	Присадки уменьшают образование отложений на деталях двигателя и топливной аппаратуры и способствуют сохранению оптимального режима работы Катализаторы горения способствуют более полному сгоранию топлива Эмиссия углеводородов во время холодного пуска двигателя наиболее интенсивна Термические нейтрализаторы дожигают углеводороды в системе выброса ОГ Каталитические нейтрализаторы дожигают углеводороды в системе выброса ОГ Возвращение углеводородов, испаряющихся из картера, в двигатель
Оксиды азота	Применение каталитических нейтрализаторов ОГ' восстановительного действия Применение жидкостных нейтрализаторов ОГ Разбавление горючей смеси отработавшими газами (рециркуляция отработавших газов) Сжигание топлива в виде воднотопливных эмульсий Обработка дымовых газов аммиаком, мочевиной и другими восстанавливающими агентами	Катализаторы на основе родия ускоряют протекание реакций между оксидами азота и продуктами неполного сгорания топлив, при которых оксиды азота восстанав- ливаются до молекулярного азота Водные растворы реагентов (сода и пр.) поглощают оксиды азота, связывая их в соответствующие соли Добавка отработавших газов, характеризующихся высокой теплоем костью, с нижает ч ем i юратуру в камере сгорания и соответственно скорость реакций окисления азота Из-за высокой теплоемкости воды в камере сгорания снижается температура и замедляются реакции окисления азота В результате окислительно- восстановительной реакции оксиды азота восстанавливаются до молекулярного азота, а восстанавливающие агенты окисляются до азота
Твердые частицы, в том числе сажа	Уменьшение содержания серы в топливах	Соединения серы взаимодействуют с зольными компонентами топлив, увеличивая количество твердых частиц
139
Окончание табл. 7
	Уменьшение содержания в топливах ароматических углеводородов Облегчение фракционного состава и уменьшение плотности топлив Использование моющих присадок Применение сажевых фильтров Использование антидымных присадок и присадок — катализаторов горения	Ароматические углеводороды являются причиной образования частиц сажи как продукта неполного сгорания топлив Чем тяжелее топливо, тем больше в нем трудносгорающих высокомолекулярных углеводородов Присадки уменьшают образование отложений на деталях двигателя и топливной аппаратуры и способствуют сохранению оптимального режима работы Сажевые фильтры задерживают до 90% сажевых частиц, содержащихся в продуктах сгорания топлив Катализаторы горения снижают температуру сгорания сажи до температуры отработавших газов
в качестве смазывающей среды в топливных насосах реактивных и ди-
зельных двигателей.
При смазке двухтактного двигателя в бензин добавляют от 1 до 5%
масла. Бензин испаряется, а масло тонкой пленкой оседает на поверх-
ности деталей. Существуют специальные масла, содержащие противо-
износные и антикоррозионные присадки, но часто пользуются тем, что
имеется под рукой, например маслами типа И-20А или М8В, хотя это
не свидетельствует о высокой технической культуре. Присутствие мас-
ла в бензине обеспечивает смазку, но отрицательно влияет на процесс
горения. Дымность отработавших газов увеличивается. Кроме того,
плохое сгорание масла приводит к отложениям нагара в двигателе, что
грозит преждевременным воспламенением бензина. Чтобы этого избе-
жать, пытаются по возможности уменьшить соотношение топливо:
масло. Это достигается улучшением смазывающих свойств масел при-
садками. Но при этом зольные присадки, увеличивающие отложения
на свечах, нежелательны.
Смазка маслом наиболее распространена. Для смазки двигателя ис-
пользуются рассмотренные в гл. 1 масляные системы, которые подают
масло из картера к трущимся деталям. В поршневых двигателях созда-
ются наиболее тяжелые условия для работы масел. Температура масла в
картере работающего двигателя составляет 50—100°С, а иногда достига-
ет 200°С. Она создается за счет нагрева масла от горячих деталей и про-
рыва газов, температура которых может достигать 150—450°С в карбю-
раторных двигателях и 500-700°С в дизелях. Из подшипников, клапа-
нов, цилиндра масло возвращается обратно в картер. Часть масла, по-
140
даваемого на цилиндры, захватывается поршнем и попадает в камеру
сгорания, где сгорает вместе с топливом. Поскольку масло тяжелее
топлива, оно сгорает не полностью и является причиной повышенной
дымности и токсичности отработавших газов. Это неизбежный про-
цесс. Расход масла на угар в настоящее время для карбюраторных дви-
гателей составляет 0,4—1,2% к расходу топлива, а в дизельных —
1,6—1,8%. Если цилиндропоршневая группа изношена и поршневые
кольца неплотно прилегают к цилиндру, угар масла увеличивается.
В двигателях некоторого типа, где осуществляется так называемая луб-
рикаторная система смазки цилиндров, масло, подаваемое на зеркало
гильзы цилиндра, сгорает практически полностью. Вообще, чем боль-
ше масла попадает на стенки цилиндра, тем больше его расход на угар.
Ниже приводятся основные причины увеличения расхода масла на
угар:
Ухудшение технического состояния I шл и ндро- порш невой । ру п п ы (повышенный износ, пригорание и потеря упругости поршневых колец !абивка прорезей на маслосъемных кольцах и отверстий в поршне Увеличение частоты вращения коленчатого нала Понижение вязкости масла 11овышение тем пературы деталей двигателя	С увеличением зазоров больше масла проникает в камеру сгорания Перекрывается путь возвращению масла в картер Поршень перекачивает в камеру сгорания больше масла, а на стенки цилиндров попадает больше масла Облегчается проникновение масла в камеру сгорания Снижается вязкость масла
Второй узел, где масло работает в тяжелых условиях, — впускные
клапаны двигателей с рециркуляцией отработавших газов. На клапанах
развивается высокая температура, в условиях интенсивного трения
протекают механохимические реакции и масло разлагается. Продукты
разложения отлагаются на тюльпанах клапанов в виде толстого (до
2 мм) губчатого нагара, нарушающего герметичность клапана и резко
ухудшающего рабочий процесс.
С этим явлением впервые столкнулись американские и европейские авто-
мобилестроительные фирмы, приступившие к выпуску двигателей с распреде-
ленным впрыском бензина «на клапаны», в которых была предусмотрена ре-
циркуляция отработавших газов. Через 15—20 тыс. км пробега такой двигатель
отказывался нормально работать: увеличивалась токсичность отработавших га-
юв, мощность двигателя падала более чем вдвое и снижалась скорость автомо-
биля. Поскольку к концу 80-х годов двигателями с непосредственным впрыс-
ком в США оснащались почти все автомобили, это привело конструкторов в
растерянность. Только создание специальных моющих присадок позволило
выйти из положения.
141
Механизм смазывающего действия зависит от условий работы узле
трения. Идеалом является такой случай, при котором трущиеся детали
постоянно и полностью разделены слоем смазывающей жидкости. Эта
возможно, когда нагрузки на пару трения не превышают несущих спо<
собностей масла. Такой режим трения называется гидродинамическим,
а само трение называют жидкостным. В более жестких условиях масло
частично вытесняется с трущихся поверхностей, они соприкасаются н
отдельных точках и результаты трения зависят не только от свойств
масла, но и от природы материала деталей — чаще всего это металл.
В точках соприкосновения происходит микросхватывание и обнажает-
ся свободная, так называемая ювенильная поверхность. Такой режим
трения называется граничным. Существует и третий режим, сухое тре-
ние, представляющее собой крайний случай (более подробно о режи-
мах трения — см. Тезаурус).
Гидродинамический режим смазывания зависит не только от несущей
способности масла, но и от характеристик узла трения: конструкции
подшипника и условий его работы. Допустим, мы имеем узел трения,
представляющий собой вал, вращающийся в подшипнике скольжения
(рис. 72). Своим вращением вал захватывает масло и затягивает его и
зону контакта. Образуется масляный клин, который как бы приподни-
мает вал
удерживая его от соприкосновения с подшипником.
В это
время поведение масла зависит от разных факторов. Чем выше ско-
рость вращения, тем быстрее затягивается в зону трения масло, но и
тем больше оно разжижается: фактически к маслу прилагается напря-
жение сдвига, при котором вязкость масла снижается. С другой сторо-
ны, нагрузка на подшипник стремится выдавить масло из зоны тре-
ния, но при этом вязкость масла увеличивается за счет пьезодинами-
ческого эффекта. В 1886 г. О. Рейнольдс вывел уравнение, в котором
удалось учесть все эти факторы
Оно достаточно сложно
и для
своего
решения требует ряд допущений. Мы его не рассматриваем, тем более,
что основные положения гидро-
Рис. 72. Пояснения к
гидродинамическому режиму трения
(расклинивающий эффект: 1 — вал;
2 — подшипник; а — вал неподвижен;
6 — вал вращается
динамической теории смазки
тремя
годами ранее
Рейнольдса
были сформулированы русским
ученым Н. П. Петровым. Они
связывали вязкость масла с усло-
виями работы двигателя и зак-
лючались в следующем:
1. Жидкостная смазка проис-
ходит тем эффективней, чем вы-
ше вязкость масла, меньше наг-
рузка на детали и выше скорость
их перемещения;
142
2. Оптимальная вязкость масла должна увеличиваться с нагрузкой и
меньшаться с увеличением скорости скольжения деталей;
3. Чем выше вязкость масла и скорость скольжения деталей и чем
Мыле площадь их соприкосновения, тем больше потери на трение.
Эти положения выражаются следующей формулой:
F= i]SV/h,
ic F— сила жидкостного трения; Г| — динамическая вязкость масла;
— площадь контакта трущихся поверхностей; V— скорость скольже-
ния деталей; h
толщина смазочного слоя.
Петров, Николай Павлович (1836—1920) — русский математик, профессор
Инженерной академии и Петербургского практического института, крупный
новник Министерства Путей Сообщения. Внес большой вклад в гидродина-
жу. В частности, предположил возможность турбулентного течения жидкос-
альтернативного ламинарному. Сформулировал общий закон трения при
ивке. Автор гидродинамической теории смазки, которая была им опублико-
ina в 1883 г.
Объяснения этим положениям, вероятно, не требуются. Во всяком
 1учае, читатель может поискать их сам.
Иногда конструкция узла трения и условия его работы таковы, что
пт могут обеспечить смазку в гидродинамическом режиме. В этом слу-
|.1с специальным насосом можно искусственно создать давление
|дсла, необходимое для разделения трущихся деталей. Такой режим
п.иывают гидростатическим. Его используют в тех случаях, когда ус-
к>жнение и удорожание системы смазки практически целесообразно.
В противном случае приходится соглашаться на смешанное трение
11 раничный режим).
Граничный режим. Масла удерживаются на поверхности за счет сил
I цезии, которые убывают по мере увеличения толщины слоя смазы-
вающего материала. Для того чтобы масло с поверхности удалить,
ц>сбуется применить усилие, называемое напряжением сдвига.
1>. В. Дерягин с сотрудниками показали, что чем ближе к поверхнос-
111, тем больше должно быть это усилие. Тонкие слои масла настолько
хорошо удерживаются поверхностью, что требуемые сдвиговые нап-
ряжения достигают огромных величин. Пример зависимости напря-
жения сдвига от толщины слоя масла представлен на рис. 73. Адгезия
масла к поверхности зависит от наличия в нем полярных молекул. Ес-
iH масло составлено «чистыми» неполярными углеводородами, то
напряжение сдвига у поверхности не столь велико. Чтобы слой масла
|учше удерживался, в него можно добавлять специальные полярные
присадки.
Дерягин, Борис Владимирович (1902—1984) — советский физикохимик.
Окончил Московский университет, после чего работал в ряде институтов
143
Москвы. Основные исследования посвящены химии поверхностных явлени-
В частности, обнаружил особые свойства граничных слоев жидкостей, опрел
ляемые их анизотропной структурой. Ввел понятие расклинивающего давл<
ния, используемое в теории смазки.
В некоторых случаях расчет по уравнениям Рейнольдса, Зомме;
фельда и другим, используемым для описания процесса смазки,
при
водил к выводу о невозможности работы узла трения. И в то же вре!
механизм работал! Это касалось таких случаев, когда масло выдавай
валось из зазора между трущимися деталями и наступало сухое трв
ние. Пришлось предположить, что на поверхностях трения образуют
ся прочные пленки, снижающие коэффициент трения и предотвра
щаюшие детали от сильного износа. Образованием этих пленок заня
лась наука трибохимия, изучающая химические реакции, протекаю
щие при механическом воздействии на смазочный материал и трушу
юся поверхность. Было установлено, что смазочный материал те|
эффективней, чем больше в нем химически активных компоненто<
Г. В. Виноградов показал, что большую роль в этом играют окисли-
тельные процессы, протекающие с участием кислорода, растворении
го в масле. Другая теория объясняет противоизносное действие
протеканием реакций трибополимеризации с образованием на поверх
ности износостойкой и возобновляющейся пленки полимерных про
дуктов. В России горячим сторонником этой теории был Ю. С. Заела
вский. Надо полагать, что в действительности трибохимические реак-
ции представляют собой сложный комплекс превращений, в которых
окисление и полимеризация представляют собой частные случаи,
Важным моментом является то, что при граничном трении обнажает-
ся чистая поверхность металла, обладающая огромной свободной
энергией. За счет этой энергии материал смазки претерпевает превра
щения, которые приводят к образованию высокомолекулярных сое
Рис. 73. Зависимость напряжения
сдвига от толщины слоя масла
динений, хемосорбированных па
поверхности, то есть привязанных к
ней не просто адсорбцией, а хими
ческими связями. Механизм трибо
химических реакций сложен и ио
конца не изучен. Известно только,
что в них принимают участие кисло
род, растворенный в масле, и хими
чески активные добавки - соедипе
ния с высокой реакционной способ
ностью. На этом, в частности, осно
вано применение противоизносных
присадок к маслам.
144
Виноградов, Георгий Владимирович (1910—1988) — выдающийся советский
•|'«i шкохимик, специалист в области реологии полимеров и смазочных матери-
k h'iihi. Исследовал процессы трения и износа. Работал в ИНХС им. А. В. Топчи-
Вмш. На основе работ Виноградова созданы научные основы технологических
г*пмов приготовления пластичных смазок, методы их исследования, система
Вкжазателей качества. Впервые установил роль растворенного в маслах кисло-
Ъыа, снижающего интенсивность износа металла за счет участия соединений
Кт-порода в создании сервовитных пленок на трущихся поверхностях. Это от-
Bpi.irnc имело большое значение при выборе смазочных сред, работающих в
Bin-кислородном пространстве, например в космической технике.
К, Заславский, Юрий Семенович (1918—1999) — советский специалист в облас-
Ви трибологии и радиационно-химических исследований нефтепродуктов.
В 1969 г. основал Электрогорский филиал ВНИИНП (ныне ОАО «ЭлИНП»),
организовал исследования радиационно-химической стойкости смазочных
Ви сериалов, применяемых, в частности, в космических технологиях. Изучал
Всханизм действия смазочных материалов с точки зрения трибополимериза-
Вии; на основе этих исследований разработал ряд присадок к маслам и твердые
Вин сочные покрытия. Написал монографии по радиационной химии смазоч-
Вых материалов и трибологии.
н Процесс образования трибохимической пленки протекает непре-
Выппо. Время от времени отдельные ее участки срываются с поверх-
Ццосги и быстро восстанавливаются за счет превращений новых порций
i м.с сочного материала. Прочность пленок зависит от природы смазки,
•>< ибенно содержащихся в ней присадок. Очень эффективны присадки,
сержащие серу и фосфор, при которых образуются очень прочные
сьфидные и фосфидные пленки. Если трибохимическая пленка дос-
рочно прочна, то узел трения может работать некоторое время без
»мазки. Этот эффект используется некоторыми фирмами, рекламиру-
ющими свои смазочные материалы.
Старение и регенерация масла. Как отмечено выше, в процессе рабо-
1ы двигателя масло загрязняется продуктами сгорания, топливом, во-
ной, механическими примесями и продуктами окисления. В результате
масло темнеет (а в присутствии большого количества влаги становится
I миным), внем появляется осадок, делающий дальнейшее использова-
ние масла невозможным. Топливо, подтекающее через зазоры между
поршневыми кольцами и юбкой цилиндра, ухудшает смазывающие
• пойства масла и понижает температуру его вспышки. Ниже в табл. 8
пеаны основные причины снижения качества масел.
Процесс снижения качества масла обычно называют старением. Его
повной причиной является проникновение продуктов сгорания в
>р'гер. При пуске холодного двигателя и работе на холостом ходу, ког-
температура нижней части цилиндра и масла в картере невелика, это
Иропикновение происходит довольно интенсивно. При работе разогре-
449
145
•;*W Таблица 11
Основные причины снижения качества масел
Процесс	Последствия	Меры предотвращения
Проникновение топлива в	Разжижение масла, ухудшение его смазывающих свойств и снижение температуры вспышки	Улучшение
картер через зазоры между		ПрОТИВОИЗНОСНЫХ СВОЙС1П
поршневыми кольцами и цилиндром		масел и топлив, обеспечен и- компрессии в ЦИЛИНДрг
	Ухудшение	
Прорыв газообразных продуктов сгорания в картер	антиокислительной, термической и антикор- розионной стабильности	Вентиляция картера. Обеспечение компрессии и цилиндре
	масел, увеличение содержания воды	
		
	Увеличение вязкости в 1,5 и	
Окисление масла	более раз и ухудшение пусковых свойств. Появление в картере шлама. Увеличение	Повышение антиокислитель ных свойстн масла
	ла кообразо ван ия	
Разложение присадок, содержащихся в масле	Появление в картере шлама. Увеличение лакообразо вания	Повышение антиокислительных свойс, и масла. Подбор стабильных присадок
того двигателя и температуре в картере выше 70°С часть топлива и про
дуктов сгорания улетучивается, не задерживаясь в масле. Разумеется,
бензины улетучиваются из масла быстрее, чем дизельные топлива. Та
ким образом, вопреки ожиданиям, чем жестче условия работы двиган-
ля, тем медленнее портится масло. Нетрудно также догадаться, что
качество масла лучше сохраняется при интенсивной вентиляции кар
тера и хорошем техническом состоянии двигателя. Таким образом,
продление срока службы масла достигается сочетанием конструктии
ных и эксплуатационных приемов. Тем не менее срок службы масла oi
раничен. Большое практическое значение имеет точное определение
момента срока замены масла. По разным причинам нередко масло за
меняют еще до того, как оно выработает свой ресурс. Поэтому делают
ся попытки ввести комплекс браковочных показателей масел (показа
телей предельного состояния), превышение которых было бы сигна-
лом к замене масла. Разработка браковочных показателей — сложное и
трудоемкое дело, поскольку они зависят от многих причин: типов дви-
гателей, сортов масел, условий эксплуатации. Пока лишь установлены
отдельные параметры. Например, для судовых масел групп В2 и Г2 та-
кими браковочными показателями являются: содержание воды —
0,5%, содержание топлива — 3%, содержание примесей, нераствори-
мых в бензине — 5%, щелочное число — 1 мг КОН/г (данные взяты из
146
•ни А. А. Гуреева, И. Г. Фукса, В. Л. Лашхи «Химмотология». — М.:
имия, 1986. — 368 с).
11сред заменой масла рекомендуется промыть двигатель и заменить фильтр.
' ' промывки существует много жидкостей и специальных масел. Они описа-
। разделе 4.2.7.
1ля восстановления качества масла разработаны способы регенерации,
тем случае они включают в себя отделение воды и механических приме-
путем центрифугирования с последующим фильтрованием, очистку от
коренных смол пропусканием через силикагель или активные глины, на-
итием для удаления примесей легких топлив и, наконец, подпитку новыми
адками взамен израсходованных при работе. Процессу регенерации пред-
। вует сбор отработанных масел. Собранные масла желательно рассортиро-
по видам, чтобы было легче восстанавливать их качество. Сбор отработан-
масел часто оказывается слишком трудоемкой и дорогой операцией, из-за
 регенерация масел проводится очень редко. Поэтому отдельные владель-
щтомобилей просто-напросто выливают отработанные масла под ближай-
... куст. Так же обстоит дело и в ведущей автомобильной державе мира: по
 И1НЫМ зарубежной печати «под ближайший куст» в США в 1990-е годы выли-
 । in более миллиона тонн отработанных масел.
Условия работы масла в трансмиссии не такие тяжелые, как вдвига-
ii iie, но имеют свои особенности. В процессе работы в объеме масла
может установиться температура, превышающая 100°С. В зоне контак-
П1 на поверхностях трения температура может достигать 200—250°С,
иногда выше. При работе различных передач устанавливаются высокие
н.н рузки, составляющие в полюсе зацепления сотни и даже тысячи
мегапаскалей.
Применение пластичных смазок. Пластичные смазки применяют в
п \ случаях, когда использование масел затруднено или когда необхо-
ипмо использовать те свойства, которые в пластичных смазках выраже-
ны лучше, чем в жидких маслах. Например, смазки лучше масел удер-
живаются в узлах трения и эффективнее амортизируют ударные
нагрузки. Узлы с пластичными смазками не требуют включения в гро-
моздкую систему циркуляции масла. Достаточно лишь с определенной
периодичностью пополнять в них смазку. Некоторые узлы заполняют-
ся смазкой один раз и на все время работы. Поэтому пластичных сма-
юк требуется гораздо меньше, чем масла. Это, с одной стороны, умень-
шает расходы на смазку, а с другой — позволяет использовать дорогие
смазки специального назначения, работоспособные в очень жестких
условиях.
Механизм смазывающего действия пластичных смазок изучен не-
достаточно хорошо. Раньше полагали, что использование пластичной
смазки — всего лишь форма доставки масла на поверхность трения.
Смазочный материал представлялся чем-то вроде губки, из которой
ю*
147
под давлением в зоне трения выдавливалось масло. Согласно этоЛ
мнению, загуститель в процессе смазки не играл никакой роли и толи
ко не должен был мешать. В дальнейшем было установлено, что рол"
загустителя не ограничивается в удерживании масла в гелеобразном
состоянии. С особенной ясностью это выявилось при использовании
немыльных загустителей — пигментов, полимочевин. Например, фта-
лоцианины металлов или полимочевины придают смазкам антиокис-
лительные и противоизносные свойства, некоторые полимеры увели-
чивают адгезию смазки к металлу и т. д.
Недостатком смазок по сравнению с маслами является затруднен
ный транспорт на поверхности трения. Высокая вязкость пластичны
смазок препятствует их проникновению в зону раздела быстро движу
щихся поверхностей. Вероятно, этим объясняется хорошо известны!
на практике эффект, ухудшения смазывающего действия с увеличенп
ем слоя смазки в узле трения. Поэтому плотная набивка узла трениг
обычно не рекомендуется. Степень оптимального заполнения узла тре-
ния смазкой зависит от конструкции узла и условий его работы. Hit
пример, оптимальные характеристики подшипника качения достига-
ются при заполнении смазкой на 30%.
В процессе работы смазка в узле грения изменяется. Движение
смазываемых деталей может разбить ее структуру настолько, что ю
смазки выделится часть базовой основы, а смазка станет настолько
плотной, что потеряет смазывающую способность. Упрочнение смаз-
ки возможно также за счет испарения части основы при повышенной
температуре. В некоторых случаях смазка упрочняется из-за химичес-
ких превращений дисперсионной среды и загустителя. В процессе ра-
боты смазка может поглощать влагу, пыль, другие загрязняющие ве-
щества. В некоторых случаях это ухудшает структуру смазки, в других
— ее противоизносные свойства. Все это приводит к тому, что узел тре-
ния периодически подпитывают свежей смазкой, а в некоторых случа-
ях разбирают и смазку заменяют полностью. Если для подпитки ис-
пользуется смазка другой марки, то возникает проблема совместимос-
ти смазок. Смазки разной природы могут плохо совмещаться между
собой, что выражается в потере реологических свойств. Причины не-
совместимости различны. Например, кальциевые смазки стабильны и
слабокислых средах, а комплексные кальциевые — в слабощелочных.
Смешение этих смазок ухудшает кислотно-щелочной баланс среды
как для одной, так и для другой смазки. На количественные измене-
ния качества несовместимых смазок влияет их соотношение. Более
подробно влияние состава смазок на их совместимость рассматривает-
ся в разделе 4.5.2.
148
•reV”
I<1
2.7.	Охлаждение двигателя
При работе двигателя температура в камере сгорания может доста-
нь 2000°С. Это вызывает опасность детонации и калильного зажига-
ния в двигателе, работающем по циклу Отто. Ухудшается также напол-
..... цилиндров, что приводит к снижению мощности двигателя. На-
 "псц, при повышенной температуре разжижается масло и ухудшают-
। условия смазки. Поэтому двигатель охлаждают. Некоторая часть
ила отводится через масляную систему, небольшая — за счеттеплоот-
 i iu в окружающую среду, но основная — через систему охлаждения,
та пользуются три схемы охлаждения: топливом, воздухом и водяными
1-сями. Охлаждение топливом предусмотрено в ракетных двигателях.
I и этого один из компонентов топлива (горючее или окислитель) не-
подачей в камеру сгорания пропускается через рубашку охлажде-
। (см. рис. 36). Воздушное охлаждение используется в реактивных
рис. 34), а также двухтактных поршневых и некоторых других, не
нь теплонапряженных двигателях. Для этого их поверхность с
|ью увеличения площади охлаждения делается ребристой. Двигатели
идушным охлаждением изготавливаются также для эксплуатации в
иодных пустынях. Однако наиболее распространено охлаждение
к)й и антифризами на основе водных растворов гликолей. Схема
нцкостного охлаждения автомобильного двигателя была представле-
на рис. 28. Эффективность охлаждения двигателя оценивают по
шературе охлаждающей жидкости, а при воздушном охлаждении —
и» температуре масла.
2.8.	Memorable fancy
Теперь мы можем попытаться представить себе процессы, происходящие в
вигателе, в виде замедленной киносъемки. Вот как или примерно как проис-
М1Т горение топлива в карбюраторном двигателе.
|и Водитель поворачивает ключ в замке зажигания. Цепь замыкается, и стар-
hk, получая энергию от аккумулятора, проворачивает коленчатый вал. От вала
Ь^жсние передается поршням, и они с большим усилием начинают движение.
Ьчьше на случай, если аккумулятор подведет, у водителя под сиденьем или в
к жникс всегда была заводная рукоятка. Он выходил из машины и, пользуясь
l проворачивал коленчатый вал вручную. Затем возвращался в кабину и на-
Я*мал педаль газа, открывая заслонку карбюратора. В нашем двигателе четыре
Ь шня, работающие в разных тактах. Один из них начинает такт впуска. Из
(•бюратора во впускной трубопровод выносится горючая смесь. Она пред-
Ввнляет собой смесь паров бензина, воздуха и мельчайших капель той части
Ьплива, что не успела испариться. Смесь движется по трубопроводу, капли
Илипают к его стенкам и увлекаемые общим движением медленно движутся
Открытые впускные клапаны нашего цилиндра готовы принять первую
’	149
порцию смеси. Движение поршня создает вакуум в цилиндре, и смесь его за-
полняет. Затем начинается такт сжатия. Смесь сжимается в семь, десять раз. От
этого она нагревается до 300—400°С, и давление поднимается еще больше.
Часть молекул топлива, окруженных кислородом, начинает окисляться. При
этом образуются пероксиды, немного спиртов, альдегидов, кислот. Но это
очень незначительная часть, которая никак не сказывается на работе двигате-
ля. Окислению подвергаются наиболее неустойчивые молекулы парафиновых
углеводородов. Более устойчивые изопарафины, ароматические углеводороды,
даже олефины, остаются неизменными. Поршень движется к верхней мертвой
точке, сжимая горючую смесь и по пути захватывая и выбрасывая в цилиндр
небольшое количество масла, которым смазываются стенки цилиндра. Этого
масла немного, однако его молекулы громоздки, легко окисляются, но плохо
горят. Продукты окисления смолистым слоем покрывают впускные клапана и
стенки цилиндра. Когда температура повысится, они образуют нагар и лак. Но
вот поршень почти уже дошел до верхней мертвой точки, и между электродами
свечи зажигания проскакивает искра. Фронт пламени с огромной скоростью
устремляется во все стороны от источника воспламенения. Там где он прохо-
дит, начинается горение топлива. Газообразные продукты сгорания с силой да-
вят на поршень. Он еще не прошел свой путь до конца, расширяющиеся газы
сопротивляются его движению, но это сопротивление пока невелико. Момсш
проскакивания искры отрегулирован так, что когда горение обретет полную
силу, поршень начнет рабочий ход. Рабочий ход — то, ради чего был пущен
двигатель. Во время него поршень выполняет полезную работу. Остальные три
лишь потребляют энергию рабочего хода: и тот, что выбрасывает продукты сго-
рания из цилиндра, и тот, что работает на впуске, и тот, что сжимает горючую
смесь. Последнему нужно энергии больше всех. Но сжатие необходимо. Чем
сильнее будет сжата горючая смесь, тем с большей силой потом развернется
пружина горения и больше полезной работы совершит поршень. Та энергия,
что не понадобится самому двигателю, будет отдана трансмиссии. Она пойдет
на движение автомобиля. Однако пока двигатель не прогрет и нормальное го-
рение не установилось, водитель подождет, прежде чем давать нагрузку на дви-
гатель, и лишь когда тот прогреется, отпустит педаль сцепления.
Между тем горение топлива продолжается и в начале рабочего хода. Расши-
ряющиеся газы подталкивают поршень, придавая ему новые и новые порции
энергии. На периферии камеры сгорания, куда фронт пламени еще не дошел,
а температура значительно выросла, происходит с огромной скоростью образо-
вание пероксидов. Под действием высокой температуры они начинают взры-
ваться. Микровзрывы сотрясают двигатель. Ударные волны мечутся по камере
сгорания и той части цилиндра, которая уже открыта движением поршня.
Большая часть ударных волн находится в ультразвуковой области. Но той час-
ти, что располагается в области слышимого звука, достаточно, чтобы услы-
шать, как стучит двигатель. Если процесс отлажен, а антидстонационныс свой-
ства топлива соответствуют установившимся требованиям, детонация незна-
чительна и незаметна. Она поглощается общим хаосом горения. В противном
случае удары сотрясают двигатель. Они могут привести к поломке перемычек
поршневых колец, усиленному износу деталей цилиндропоршневой группы и
150
отданию больших количеств масла в камеру сгорания. У самых стенок каме-
 горания и цилиндра совершается другое действие. Здесь — самая низкая
тсратура процесса. Тепло горения сюда еще не дошло, а часть того тепла,
есть, стенки цилиндра отдают окружающей среде. Здесь топливо не горит,
ввергается крекингу. Парафины и нафтены превращаются в термодинами-
ки устойчивые соединения: ароматические углеводороды, олефины, ацети-
. которые составят основную массу углеводородов, выбрасываемых с
вставшими газами. Кроме них, в ОГ будут другие продукты неполного сго-
ц|я: оксид углерода и альдегиды. Свою лепту в этот процесс внесет и смазоч-
масло, проникшее в камеру сгорания через зазор между поршневыми коль-
н и стенками цилиндра. В идеале все топливо догорает до конца рабочего
। поршня. Если же горение продолжается и позднее, то часть выделившего-
епла бесполезно уносится с отработавшими газами. Об этом можно судить
юмпературе отработавших газов: она будет на несколько градусов выше
|'|НОЙ.
По вот, наконец, поршень выполнил свою работу и достиг нижней мертвой
"•1Ки. Вращение коленчатого вала гонит его обратно. Открываются выпуск-
ные клапаны, и поршень выдавливает остатки продуктов сгорания из цилинд-
, । Он снова проходит путь до верхней мертвой точки, освобождая цилиндр для
•ной порции горючей смеси. Однако камеру сгорания поршень нс затрагива-
। и соответствующий объем продуктов сгорания остается в цилиндре. Кроме
•ц>, горячие продукты сгорания находятся под давлением более высоким, не-
 ш атмосферное. Поэтому, когда поршень движется назад, засасывая новую
|'||цию горючей смеси, она встречает сопротивление и в цилиндр поступает
 ччочей смеси меньше, чем позволяет его объем. Ее количество составляет
• 90% от объема цилиндра. Это называется коэффициентом наполнения.
Гем временем отработавшие газы по выпускному трубопроводу с огромной
 коростью движутся наружу. Их скорость такова, что вызывает интенсивные
колебания, создавая звуковые волны. Для гашения шума устанавливают глу-
шители. Однако продукты сгорания выбрасываются в атмосферу не сразу. По
пути они попадают в нейтрализатор отработавших газов. Здесь они проходят
через узкие каналы, стенки которых покрыты катализатором: платиной и пал-
чндием. Под их действием углеводороды и оксид углерода окисляются до угле-
кислого газа и воды. Есть еще оксиды азота. Их нс окисляют, а восстанавлива-
ют до молекулярного азота при помощи специального катализатора, являюще-
юся частью каталитического нейтрализатора.
Горение топлива в дизельном двигателе несколько отличается от описанно-
к» выше. При такте впуска в цилиндр засасывается не горючая смесь, а воздух,
юторый затем сжимается в 20 и более раз. Температура, развиваемая при сжа-
1 пи, достигает значений, при которых дизельное топливо воспламенится само,
пет посторонней помощи. За несколько градусов до того, как поршень дойдет
ю верхней мертвой точки, в камеру сгорания под огромным давлением, спо-
• обным пересилить давление сжатия, через специальные форсунки впрыски-
вается порция топлива. Она впрыскивается через кольцевой зазор, который
образуется в тот момент, когда движение запорной иглы открывает узкую коль-
цевую щель между иглой и распылителем форсунки. Высокое давление и узкий
151
зазор служат причиной того, что топливный заряд врывается в камеру сгорай
в виде фонтана мельчайших капель. Очень важно, чтобы фонтан капель ин
правильную форму, иначе равномерного горения не произойдет. Такое быка
когда форсунка засорена или изношена. Любая капля представляет сой
уменьшенную модель всей массы топлива и содержит и легкие, и тяжелые <
компоненты. Легкие компоненты мгновенно испаряются. Тяжелые так и ощ
ются в виде капель. Благодаря тому, что при сжатии воздуха по всему обзи)
камеры сгорания установилась одинаково высокая температура, сгорание тэ
лива начинается одновременно и по всему объему. Начало сгорания тогищ
происходит с некоторой задержкой после начала впрыска. Продолжительное
этой задержки определяется цетановым числом топлива, чем оно выше, тем 1
держка меньше. Испарившаяся часть капель сгорает практически мгновепн
Это приводит к быстрому повышению давления в камере сгорания. Однако д
тали дизеля сделаны из прочных материалов и могут выдержать это давлен и
Если же цетановое число топлива недостаточно велико, то задержка восплам.
нения больше и за это время топлива испаряется больше, чем следует. Поэт)
му, когда оно все же загорается, давление достигает слишком больших величи
В малом пространстве камеры сгорания мечутся ударные волны. Их скорое
превосходит скорость звука, и двигатель начинает стучать. Это называсп
жесткой работой двигателя. На рис. 74 представлены данные по влиянию пег
нового числа на шум двигателя. При таких условиях поршневые кольца и пс|й
мычки поршня могут не выдержать нагрузок и сломаться.
Топливо в каплях сгорает медленнее. Пока выгорает поверхность, углеводе
роды внутри капли под действием высокой температуры и при недостатке кис
лорода подвергаются интенсивному пиролизу, образуя огромное количеств-
кокса — сажи, витающей в камере сгорания. С развитием процесса сажа поете
пенно выгорает. Чем лучше отрегулирован двигатель, тем полнее выгорает си
жа и тем меньше се выбрасывается с отработавшими газами. Путь отработан
ших газов дизельного двигателя таков же, как и бензинового через выхлоп-
ной трубопровод в каталитический
нейтрализатор. Однако сажа может
забить поры дорогого катализатор.! и
вывести его из строя, поэтому перед
каталитическим нейтрализатором
устанавливают сажевый фильтр. Эю
блок пористой керамики либо другое
пористое тело, в каналах которого :ш-
держивается сажа. Она забивает и
фильтр, и причем очень быстро — че-
рез 2-8 часов работы. Фильтр можно
регенерировать, выжигая сажу.
В самом начале работы двигате-
ля, когда стартер начинает медлен-
ную прокрутку коленчатого вала, все
трушиеся дезали: и подшипники, и
поршневые кольца, и толкатели кла-
Рис. 74. Влияние цетанового числа на
шум двигателя (Из Gerini A., Montagne X.
И Revue de I'lFP. - 1997. - V. 52. -
№ 5. - Р. 513-530)
152
huh — сухие, масло давно стекло с них в картер. Поэтому первые моменты
пжения сопровождаются сухим трением и, следовательно, высоким износом.
>п> также одна из причин не давать сразу большую нагрузку на двигатель. Но
•I ускоряющееся движение деталей передастся маслу в картере, постепенно
и> покрывает тонким слоем все трущиеся поверхности, и двигатель может ра-
нить в полную силу.
Посмотрим, как происходит рабочий процесс при сгорании тяжелого топ-
Hiiiii в котловой установке. Топка котла представляет собой большую, больше
•пчювсческого роста камеру, выложенную изнутри огнеупорным кирпичом.
II одну из стенок камеры вмонтированы горелки. Они расположены таким об-
|ы юм, чтобы жар сгорающего топлива равномерно распределялся по всей топ-
ке котла. Через отверстия горелок в топку подаются подогретый мазут и воздух.
Г.юпыленные капли мазута образуют огромный горящий факел, достигающий
почти противоположной стороны топки. Углеводороды мазута очень тяжелы.
Поэтому испарившегося топлива совсем немного. Почти вся его масса сгорает
н виде капель. Сначала происходит интенсивный крекинге образованием лег-
► их газов (водорода, метана) и кокса — сажи. Ее частицы витают по всему объ-
ему топки. В конце концов, они должны полностью сгореть, но не сразу. Нич-
и> не может сравниться с излучением абсолютно черного тела! Благодаря pac-
к.июнным частицам пространство топки светится золотым пламенем. Темпера-
ivpa в нем достигает 1800—2000°С. Если бы в топке были проложены трубы с
водой, они быстро бы прогорели. Поэтому их располагают за перевальной
< 1снкой, там, куда устремляются горячие продукты сгорания. Вместе с ними
|Д-гит туда и сажа, догорая по пути. Вода в трубах закипает и превращается в
пар, который под огромным давлением несется в технологическую линию. Но
в продуктах сгорания — дымовых газах — еще много тепла. Его отбирают, про-
пуская их через конвективную камеру. Здесь не так жарко. Все пространство
камеры пронизано трубами, по которым течет вода. Дымовые газы проходят
через пучки труб, отдавая им свое тепло и оставляя на поверхности частицы зо-
ны и несгоревшей сажи. Эти отложения ухудшают теплопередачу через стенки
| руб, поэтому их время от времени удаляют. При хорошем сгорании топлива
отложения почти полностью составлены неорганикой. Это серый хрупкий на-
лет, который легко удаляется при механическом воздействии.
2.9.	Транспортировка и хранение
(dIW	нефтепродуктов
>.
При транспортировке и хранении нефтепродуктов возможны их по-
тери, ухудшение качества и загрязнение окружающей среды. Потери
являются результатом аварий, несовершенства технических средств и
естественных причин, основной из которых является склонность топ-
лив к испарению.
Транспортировка нефти и нефтепродуктов осуществляется практи-
чески всеми видами транспорта, но в разной степени. В России, напри-
153
мер, 98% нефти транспортируется по трубопроводам, зато готовые про
дукты таким образом транспортируются в очень малом количестве
Потери нефтепродуктов при транспортировке происходят во время
сливных-наливных операций, а также в виде утечек из неисправны*
емкостей и транспортных средств. Утечки нефти из нефтепроводов (и
особенно уязвимыми местами являются переходы через реки, каналы и
водохранилища) в России оцениваются в десятки тысяч тонн в гол
При транспортировке танкерами большое количество нефтепродуктов
теряется в виде балластных вод.
После освобождения танков от нефтепродукта их заполняют водой для
обеспечения устойчивости корабля. В эту воду переходит нефтепродукт, остав-
шийся на стенках и дне танка. От балластных вод сейчас полагается освобож-
даться в порту, где устанавливаются специальные емкости. Однако до сих пор
нередки случаи, когда балластные воды выливаются в открытое море. В 1978 г.
было выброшено в море таким образом 610 тыс. т нефти.
В конце XIX века транспортировка нефти осуществлялась по Каспию и ре-
кам, главным образом Волге. За время пути от Баку до Нижнего Новгорода
утечки составляли от 1 % (из барж с железным корпусом) до 3—6% (деревянные
баржи в зависимости от технического состояния). В 1881 г. рыбопромышлен-
ники Каспия впервые проявили обеспокоенность состоянием рыбных запасов,
а через десять лет загрязнения достигли критического уровня. Концентрация
нефти на поверхности воды достигла 220 мг/м2. Несмотря на то, что россий-
ские химики достигли больших успехов в исследовании токсикологии нефти,
отечественное законодательство отставало от зарубежного. В 1887 г. была при-
нята Конвенция между Баденом, Эльзас-Лотарингией и Швейцарией, запре-
щающая спуск в рыболовные водоемы нефти и продуктов се перегонки. В Рос-
сии до 1903 г. никаких законодательных мер не было предусмотрено. Затем пос-
ледовал ряд решений: введены Правила об ограждении Каспийско-Волжских
водных путей от загрязнения нефтью. За отравление воды вводилась судебная
кара. Кроме административных способов решения проблемы предлагались и
технические. В начале XX столетия была построена железная дорога из Баку и
Грозного в центральные области России и на водных путях наступило облегче-1
ние. Принятые меры способствовали частичному очищению окружающей сре-1
ды. Постепенно восстанавливались реки. Достаточно сказать, что уровень за-1
грязнения Волги, который прошел максимум в 1891 году, вновь был достигнув
лишь в 1960-е годы при объеме нефтепереработки почти в тысячу раз большЗ
прежнего.
Хранение топлив сопровождается их потерей от испарения врезуль-|
тате больших и малых дыханий резервуаров. Большие дыхания проис-
ходят при заполнении резервуаров, когда из них новой партией топли-
ва вытесняется воздух, насыщенный парами нефтепродукта. Потери от
больших дыханий являются функцией вместимости резервуара и час-
тоты его оборачиваемости. Остаток топлива в опорожненном резерву-
аре постепенно испаряется, и газовое пространство насыщается его па-
154
м.ми.' Поэтому чем дольше простаивает пустой резервуар, тем больше
пиров топлива перейдет в газовое пространство и будет вытеснено при
новой закачке топлива. Больше всего теряется бензина, обладающего
пысокой летучестью. В средней климатической зоне потери бензина
при больших дыханиях составляют 0,2—0,6 кг/м3 объема резервуара.
Малые дыхания обусловлены колебаниями температуры топлива в
и чение суток. Ночью пары над топливом охлаждаются и сжимаются,
с ледствие чего в резервуар пос тупает свежий воздух. Днем, при нагрева-
нии и расширении воздуха часть его вместе с парами топлива вытесняет-
 я из резервуара. При малых дыханиях особенно важны амплитуда тем-
пературных колебаний и объем паровоздушной смеси над топливом
« гепень заполнения резервуара). И то, и другое стараются свести к ми-
нимуму. При степени заполнения 90% потери бензина от малых дыханий
и средней климатической зоне составляют 0,3% в год, при степени за-
полнения 20-9,6%. Потери от испарения более высококипящих топлив
юраздо меньше. Например, при хранении реактивных керосинов из на-
емных резервуаров летом за месяц испаряется не более 0,4 кг топлива на
I м3 паровоздушного пространства, а в подземных - 0,03—0,019 кг/м3.
Для снижения потерь резервуары заглубляют, окрашивают в свет-
чые цвета, устанавливают плавающие крыши. Одна только правиль-
ная покраска может сократить потери топлива втрое. Окраска крыши
резервуара на потери топлива влияет сильнее, чем окраска его стенок.
Обычно резервуары окрашивают в алюминиевый или белый цвета.
Иногда их стенки охлаждают водой, используют газовую обвязку. Пос-
чедняя является элементом газоуравнительных систем, в которых па-
ры топлива из заполняемого резервуара собираются в опоражнивае-
мом резервуаре. Система довольно эффективна, но требует синхрон-
ности операций слива-налива нефтепродуктов на нефтебазе. Более
простой способ заключается в уменьшении паровоздушного прост-
ранства над поверхностью топлива, для чего используют плавающие
крыши. В таких резервуарах потери топлив уменьшаются на 60—96%.
Однако в районах с обильными осадками плавающие крыши могут
ныть повреждены или затоплены. Плавучесть крыши можно увели-
чить, прикрепив к ее верхней части по периметру понтон в виде поло-
10 кольца высотой 40—45 см. Стоимость понтонных крыш выше, они
оолее металлоемки, но в климате умеренной полосы их установка це-
1ссообразней. Их применение может обеспечить снижение потерь
пензина до 80-90% в зависимости от вместимости резервуара и доли
открытой поверхности.
Пары нефтепродуктов могут быть уловлены и возвращены назад в
емкость. Для улавливания используют конденсацию, адсорбцию на ак-
1ивированномугле и поглощение растворителями. Метод конденсации
удобен при высокой концентрации паров нефтепродукта в воздухе —
155
свыше 0,5% об. и нечувствителен к примесям. Однако он малоэффек-
тивен и позволяет улавливать далеко не весь нефтепродукт. В этом спо-
собе пары из емкости проходят через холодильник, охлаждаемый жид
ким азотом, конденсируются и возвращаются в емкость.
При адсорбции углем пары проходят через один из двух параллель
ных аппаратов-поглотителей. Второй в это время находится на регене
рации — продувается паром или вакуумируется. Десорбированные
углеводороды конденсирую гея и возвращаются в емкость. Адсорбци-
онный метод очень эффективен, но неосуществим при наличии в парах
топлива примесей реакционноспособных соединений, например то-
нов, сероводорода, МТБЭ и некоторых непредельных углеводородов,
Продукты их реакции отлагаются на поверхности угля, снижают актив-
ность угля и затрудняют регенерацию. В процессе жидкофазной абсо
рбции пары углеводородов поглощаются сорбентом, например жидким
аммиаком, и извлекаются из него при нагревании.
Еще больше, чем при хранении, теряется топлива в операциях с за-
правкой на АЗС или наливе топлива в автоцистерны. На АЗС прихо-
дится основная масса потерь — до 50% от их общего количества. Для
сокращения потерь используют специальные газоулавливающие сис-
темы с возвратом паров топлива в бак или резервуар. Все они предпо-
лагают герметизацию горловины бака или автозаправщика, а еще луч-
ше — наличие нижнего слива. При заливе топлива из колонки в бак
используются коаксиальные шланги. По внутренней трубе шланга по-
дается топливо, а по внешней — возвращаются пары нефтепродукта
(см. рис. 6). Иногда в систему включают угольный фильтр с развитой
активной поверхностью (до 1600 м2/г). Эффективность таких систем
достигает 99%. Для улавливания паров бензина горловины топливных
баков автомобилей также оборудуются угольными фильтрами.
Аварии обычно связаны с так называемым человеческим фактором.
Как правило, они являются результатом небрежности персонала и и
своем большинстве случайны. Правда, и в этих случайностях есть свои
закономерности. Например, замечено, что до 70% пожаров происходит
при сливе и наливе нефтепродуктов, и в основном, летом и весной.
Почти все аварии случаются ночью или рано утром, когда обслужива-
ющий персонал бывает более уставшим.
В военное время аварии перестают быть случайностью, так как являются
результатом целенаправленного действия сторон. Наиболее грандиозное за-
грязнение суши нефтью было совершено во время агрессии Ирака в Кувейте,
когда 19 января 1991 г. иракские войска выпустили из терминала Мина-Аль-
Ахмади около 500 тыс. т сырой нефти. Нефть пропитала песок и дошла до по-
бережья.
Потеря качества нефтепродуктов выражается в утяжелении их
156
фрикционного состава при испарении, окислении, поражении микро-
"|чанизмами, загрязнении механическими примесями:
Процесс
_________
I Ь чирГНИС
, I.
Окисление
RI.
Поражение
микроорганизмами
Коррозия резервуаров
Попадание пыли и влаги
Действие на качество
продукта
Повышение температуры
начала кипения, ухудшение
пусковых и
низкотемпературных
свойств
Повышение склонности
топлив к образованию
отложений и нагаров
Загрязнение продуктами
жизнедеятельности
бактерий и грибов,
ухудшение фильтруемости и
увеличение коррозионной
агрессивности
нефтепродуктов
Загрязнение продуктами
коррозии, ухудшение
фильтруемости
Ухудшение фильтруемости,
вымывание присадок из
топлив и масел
Меры по предотвращению
Совершенствование
конструкции резервуаров,
организация сливных-
наливных операций
Применение
антиокисл ител ьн ых
присадок
Применение биоцидных
присадок
Организация хранения, при-
менение антиржавейных
присадок
Организация хранения
Загрязнение окружающей среды. Непосредственно загрязнение неф-
тепродуктами наблюдается на местах расположения крупных нефтебаз
И результате утечки из резервуаров. Площадь загрязнения под нефтеба-
шми может исчисляться сотнями гектаров, а количество нефтепродук-
та зависит от срока существования склада и иногда достигает десятков
тысяч тонн. Разлитые нефтепродукты распространяются как верти-
кально, так и горизонтально, образуя конус. Размеры конуса — диаметр
и высота — зависят от вязкости нефтепродукта и свойств породы, но в
юризонтальном направлении нефтепродукт распространяется быст-
рее, чем в вертикальном.
Конус загрязнения может достичь подземных вод. В этом случае
теть нефтепродукта растворяется, а большая часть — плавает на по-
верхности воды. Миграция загрязнений с водой зависит от подвижнос-
ти водного слоя и может происходить со скоростью от одного до двух-
сот метров в год. Если разлив полностью сорбирован породой, то он
все равно постепенно размывается, а частью испаряется, образуя под
емлей скопления нефтепродукта и создавая угрозу населению и при-
роде. Если загрязнение территории происходит длительное время, то
формируется зона загрязнения, структура которой уникальна и зависит
ог конкретных гидрогеологических условий местности. На рис. 75
157
Рис. 75. Схема зон углеводородной!
загрязнения. Граница грунтовых
вод. Остальные пояснения в тек
Рисунок взят из статьи
Б.В.Боревского и др. в журнале
1еоэкология. 1997. — № 5. — С. 75
представлена общая схема зон углеводородного загрязнения. (1
включает зону испарившихся газообразных углеводородов (1), зону!
щемленных углеводородов, пропитывающих пористые пласты А
линзу жидких углеводородов (3), под которой расположены зоны Г]
боэмульгированных в воде углеводородов (4) и углеводородов, нахол!
шихся в тонкоэмульгированном и растворенном состоянии (5). Он
дая фантазией, можно предположить, что такое загрязнение напо
нает нефтяное месторождение в миниатюре.
2.10.	Некоторые аспекты мониторинга
окружающей среды
Под мониторингом понимают систему долгосрочного контроля и
прогноза состояния окружающей среды. В настоящее время в мире
действует сеть связанных между собой станций мониторинга, на кою
рых ведутся наблюдения за состоянием атмосферы, суши, морских ш> •
растительности и животного мира отдельных регионов. Благодаря м>
ниторингу нам известны фоновые значения концентраций загрязняй'
щих веществ, величины их трансграничного переноса, колебаии
уровня загрязнений во времени.
Важной составляющей глобального мониторинга является фон"
вый мониторинг, позволяющий определить наличие тех или инн
веществ, присущее окружающей среде, на которую не влияет деятеш.
ность человека. Для определения фоновых концентраций станции
наблюдения устраивают в малонаселенных районах, удаленных от не
точников выбросов не менее чем на 500 км в направлении преобладаю
щих ветров. В табл. 9 приводятся значения фоновых концентраций и
продолжительность жизни в атмосфере основных продуктов сгорании
топлива.
Ниже мы дадим обзор основных методов, используемых для определении
загрязнителей, образующихся при работе с нефтяными топливами.
158
Таблица 9
Загрязнитель
скислый газ
I углерода
!Ы серы
1Ы азота
породы
Фоновая концен трация, мг/м3	Средняя продолжительность жизни в атмосфере, сутки
500-1500	5
0,1-1,0	100-1000
0,0001-0,001	0,2-5,0
0,001	5
0.001	1-10
Диоксид углерода хорошо растворим в воде и легко взаимодействует с щело-
I, Поэтому методы определения СО2 основаны на его поглощении щелоч-
И растворами. Количество поглощенного СО, можно оценить по измене-
1> цвета индикатора.
Монооксид углерода. Методы определения монооксида углерода основаны
fl о реакции с йодатом калия в кислой среде:
6СО + 2 KIO3 + H2SO4 = 6 СО2 + K2SO4 + 12.
 ||>разующийся СО2 определяют одним из указанных выше методов.
I алициклические ароматические углеводороды присутствуют в воздухе, воде,
<*, растительных и животных организмах. Для анализа воздуха пробу про-
пет через фильтр в количестве 500 л на 1 г/м3. При увеличении или умень-
1И ожидаемой концентрации соответственно уменьшается или увеличива-
объем пробы. Фильтр обрабатывают гексаном, в который переходит ос-
ой объем ПАУ, затем хлороформом. В хлороформ переходят оставшаяся
углеводородов и некоторое количество смол. Для выделения ПАУ
мкт снова промывают гексаном и гексановые вытяжки объединяют. Для
чза воды берут пробу из расчета 0,5 л на 1 нг/л; для анализа почвы — 20 г
и г/г.
нализ содержания ПАУ может быть осуществлен разными методами,
ространена жидкостная хроматография. Адсорбентами служат оксид алю-
1Я, силикагель или их смесь. Элюирование растворов ПАУ проводят угле-
одами: циклогексаном, пентаном, бензолом или их смесями с эфиром.
। гификацию и количественный анализ в пробах осуществляют также улып-
чнетовой или флюоресцентной спектроскопией. Основные полосы погло-
1Я ПАУ находятся в области 220—420 нм. Флюоресцентный способ преду-
швает идентификацию по спектрам возбуждения и флюоресценции.
'сеиды азота. Большинство методов обнаружения оксидов азота основано
особности азотистой и азотной кислот образовывать окрашенные произ-
i.ic (азосоединения, нитросоединения и т. д.), концентрацию которых оп-
1яют, сравнивая цвет полученного раствора с искусственной цветовой
юй, которую изготавливают перед анализом. Широко распространен ме-
использованием реактива Грисса-Илосвайя (раствор ot-нафтиламина и
я <|>аниловой кислоты, взятых в равных соотношениях:
1)2 NO2 + 2 NaOH = NaNO2 + NaNO3;
2) H2N-C6H4-SO3 H + NaNO2 + CH3 COOH =
159
= [N=N-C6H4-SO3Na]+ CH3COO + 2 H2O;
3) ]N=N-C6H4-SO3Na]1 СН,СОО- +C|0H7NH2 =	I
= Na SO, C6H4-N=N-Cl0H6NH2 + CH3 COOH.	4
Чувствительность метода составляет I мкг/м3.
Поскольку реактив Грисса-Илосвайя реагирует только с нитритом натри
по реакции (1) нитрит и нитрат натрия образуются в равной степени, резулы
ты определения удваивают
Существуют и методы отдельного определения NO Хорошим методом 
ляется поглощение диоксида азота раствором йодистого калия.
Часто NO предварительно окисляют до NO,, а затем проводят определю 
суммы NOr Оксиды азота могут быть определены и отдельно. Например, а
лизируемую пробу пропускают сначала через раствор йодистого калия, в ко
ром поглощается NO, и не затрагивается NO, а затем через окислитель (см
растворов бихромата калия и серной кислоты), который окисляет оксид аг
до диоксида. Последний также поглощают раствором йодистого калия. Вме-
бихромата калия может быть взят перманганат калия, более полно (до 94
окисляющий оксид азота.
Озон. Наиболее распространенным методом определения озона в возл\
является йодометрия. Она основана на реакции озона с йодистым калием, при
которой выделяется свободный йод:
О3 + 2KI + Н2О = 12 + О, + 2 КОН.
Для анализа пробу воздуха барботируют через нейтральный или щелочной
раствор К1. Иногда в раствор вводят буферные добавки: Н3ВО3, КН,РО4. Вы
делающийся йод определяют титрованием тиосульфатом натрия в присутствии
крахмала. Для непрерывного анализа удобно использовать поляриметрию, ос
нованную на том, что сила тока между двумя электродами, опущенными в
раствор, пропорциональна концентрации йода в растворе. Можно также ис-
пользовать УФ-спектроскопию, определяя интенсивность полосы 352 им
Вместо йодистых солей могут быть взяты бромиды. Например, разработан
[434] кулонометрический метод на основе реакции с NaBr, чувствительноец.
которого составляет 2 мкг/м3.
В реакциях озона с некоторыми соединениями (этилен, монооксид азота,
родамин-В) наблюдается свечение, интенсивность которого пропорциональна
концентрации озона, если второй компонент взят по отношению к нему в из-
бытке. Это явление использовано в хемилюминесцентных методах определения
озона. Метод является относительным, поэтому требуется предварительная ка-
либровка прибора. Чувствительность метода составляет 4 мкг/м3. Определе-
нию мешают крупная (более 10 мкм) пыль и пары воды ]435],
Наконец, озон может быть определен непосредственно УФ-спектроскопией
по полосе поглощения с максимумом в области 240—290 нм.
Приборы и методы экспресс анализа. Контроль загрязнений в воздухе поме-
щений, пробах питьевой воды и пр., который осуществляется постоянно, име-
ет особенности. Методы контроля должны быть нетрудоемки и недороги, не
требовать сложного оборудования. Анализы часто выполняет персонал, от ко-
торого нс приходится требовать досконального знания природы протекающих
реакций и физических процессов. Поэтому в России и за рубежом распростра-
160
универсальные приборы, отличающиеся простотой и скоростью. Иногда
Хтоинства сказываются на точности анализа, но для постоянной работы
приемлемы.
личным прибором такого назначения является универсальный перенос-
юанализатор УГ-2, широко распространенный на предприятиях и в ла-
1)>иях. В его основе лежит набор индикаторных порошков, которыми
спот индикаторные трубки непосредственно перед анализом. Порошки
являют собой активный силикагель, пропитанный индикаторным раст-
рсагентов в дистиллированной воде. При помоши специального забор-
< тройства через трубки пропускается проба воздуха. При этом между за-
। гелем и веществом индикаторного порошка протекает реакция, в ре-
ле которой порошок окрашивается. Длина окрашенного слоя в трубке
орциональна концентрации анализируемого загрязнителя. Прибор рабо-
при температуре от 10 до 30°С, атмосферном давлении (90-104 кПа, или
iMl 780 мм рт. ст.), относительной влажности воздуха до 90% и запыленности
)|>Гн>лее40 мг/м3. Максимальная погрешность результатов измерения зависит
•  1 лпцентрации загрязнителя в воздухе и составляет:
при концентрации до 1 ПДК — ±60%,
при концентрации 1—2 ПДК — ±35%,
при концентрации более 2 ПДК — ±25%.
 рансграничный перенос загрязнителей. Экологическое состояние окружаю-
п । реды отдельного региона зависит не только от наличия источников вред-
 пыбросов в самом этом регионе. Часть загрязнителей, иногда очень суще-
|.< иная, поступает извне в результате трансграничного переноса ветрами,
। .1'нльно дующими в определенных направлениях. Изучение трансграничных
1" иосов нередко приводит к интересным выводам. Например, Россия и
чы Скандинавского полуострова получают из Западной Европы загрязни-
i больше, чем «экспортируют» сами. В качестве примера на рис. 76 и 77
тавлены данные по взаимным выпадениям оксидов серы и азота между
шичными странами и Россией в 1992 г (Экологические проблемы Северо-
да России и пути их решения. — Спб.: ЗАО Виктория-Специальная лите-
>а, 1997. — 528 с.). Существует Международная конвенция отрансгранич-
переносе, пытающаяся регулировать эту ситуацию.
1ри трансграничном переносе некоторые выбросы могут претерпевать из-
:ния. Например, на расстоянии нескольких километров от дымовой трубы
.поросы серы представлены оксидами, в нескольких десятках километров —
 |И1ОЙ и сернистой кислотами, которые успели образоваться в результате реак-
ции оксидов с водой и кислородом воздуха, а через сотни километров от источ-
ника выброса сера выпадает уже в виде сульфатов.
2.11. Очистка воды и почвы от нефтепродуктов
Очистка воды. При разливе нефти и нефтепродуктов на воде место
разлива локализуют, нефть собирают, а остаток диспергируют или сжи-
щют. Для локализации чаще всего используют боны — систему плаву-
чих щитов на поплавках, иногда сделанных из огнеупорного материа-
11-449
161
г
Рис. 76. Взаимные выпадения оксидов
серы (в тыс. т серы) мвжду
пограничными странами и Россией
в 1992 г. (заштрихованная часть —
перенос на Россию, незаштрихован-
ная — перенос из России): 1 —
Болгария; 2 — Германия; 3 — Польша;
4 — Румыния; 5 — Великобритания;
6 — Чехия и Словакия; 7 — Финляндия;
8 — Норвегия; 9 — Швеция; 10 —
республики бывшей Югославии;
11 — Украина; 12 — Беларусь;
13 — страны Балтии; 14 — прочие
Рис. 77. Взаимные выпадения
оксидов азота (в тыс. т азота) между
пограничными странами и Россией
в 1992 г. (заштрихованная часть —
перенос на Россию, незаштри-
хованная — перенос из России):
1 — Болгария; 2 — Германия; 3 —
Польша; 4 — Чехия и Словакия;
5 — Швеция; 6 — Финляндия; 7 —
Украина; 8 — Беларусь; 9 — прочие
ла. Установка боновых заграждений осложняется при волнении и вет-
ре. Особенно она трудна на реке, где приходится учитывать характер и
скорость течения, профиль берегов, расположение фарватера и т. д.
В некоторых случаях можно ограничить место разлива другими спосо-
бами, например сильными струями воды с катеров.
Сбор нефтепродукта осуществляют специальными всасывающими
устройствами. Их недостатком является то, что они захватывают много
воды, которую приходится отделять отстаиванием. Этого недостатки
лишены адгезионные устройства, работа которых основана на смачи-
вании нефтепродуктом алюминия и других металлов. Более эффекти-
вен сбор сорбентами, в качестве которых пригодны многие материалы
с развитой поверхностью, смачиваемой нефтепродуктами. Простей
шие из них: песок, глина — дешевы и доступны, но удерживают толы
тяжелые нефтяные остатки и мазуты, с которыми тонут на дно водн>
ма. Их емкость по нефтепродукту невысока и составляет окол
0,7—1,5 кг/кг. Используют также сорбенты на основе органически
природных материалов: торфа, гидрофобизированных опилок, шерен
162
Регенерацию нефтепродуктов из сорбентов производят отжиманием на
фильтр-прессах или центрифугах, а также отгонкой легких фракций.
< Нработанные сорбенты сжигают или вывозят на свалку. Отличным
 орбентом является шерсть. Ее поглотительная способность составля-
 । 8—10 кг/кг. Однако она дорога и после нескольких отжиманий сва-
ивается. Поэтому шерсть применяется в наиболее ответственных слу-
i.Bix. Чаще используется торф, на базе которого изготовлено несколь-
 о товарных сорбентов с поглотительной способностью 3,5—4 кг/кг.
11спользуют также сорбенты из синтетических материалов: полиурета-
новой губки, полипропиленовых волокон и т. д. В ряде случаев исполь-
»уют поглотительные боны, например, из измельченной соломы.
Рассматривается также возможность сжигания нефтепродуктов, раз-
ни гых на воде. Для успешного сжигания необходимо, чтобы слой нефти
имел определенную минимальную толщину, иначе вода, отнимая боль-
шую часть тепла, будет препятствовать горению. В зависимости от окру-
жающей температуры толщина слоя должна быть для свежеразлитой
нефти и бензина не менее 1—2 мм, для выветрившейся нефти и средне-
нистиллятных фракций — 3—5 мм, а для эмульсий нефти с водой и мазу-
•и — 10 мм. По этой же причине на воде нефть вся не выгорает. Несго-
вший остаток представляет собой тяжелый продукт, оседающий на дно.
С целью ускорения природных процессов окисления и биодеграда-
ции осуществляют диспергирование нефти. Для этого применяют до-
шки специальных ПАВ, снижающих межфазное натяжение на по-
рхности раздела нефтепродукт — вода. На поверхностное натяжение
•цы и нефтепродукта на границе с воздухом ПАВ обычно не влияют,
•скольку применяемые их концентрации не должны превышать уста-
шленные для ПАВ ПДК и поэтому невелики. В результате добавки
вспергатора пленка нефтепродукта разрывается, становится тоньше и
ыетрее разрушается.
Очистка почвы. Меры по очистке разлива нефтепродукта преду-
|.привают нейтрализацию взрывоопасных и токсичных испарений
ьиганием, каталитическим окислением, биоочисткой, обработкой
• орбептами или просто выпусканием в атмосферу); сбор жидкого
••шукта, находящегося в свободном состоянии, а затем сбор грязной
роды. Для сбора жидкости пробуривают скважины и откачку неф-
иродукта специальным сборочным насосом. Что касается грязной
роды, то обычно ее собирают экскаватором и вывозят на свалку. Од-
•ко этот метод не из лучших, так как означает попросзу перенос за-
ч тения с места на место. Более современный метод заключается в
• химической обработке, предусматривающей использование коло-
•|| пефтередуцирующих бактерий, которые всегда в том или ином ко-
1гстве находятся в почве. Задача заключается в том, чтобы создать
нболее благоприятные условия для их деятельности. С этой целью
163
почву проветривают и подают внутрь нее водные растворы питат^И
ных веществ. В любом случае чистка почвы от загрязнения кроши im
вое и дорогое занятие. По данным немецких специалистов стоимшЛ
извлечения 1 л нефтепродукта из загрязнения составляет 8—10 мари Л
В идеальном случае степень очистки почвы от нефтепродукт
должна приближаться к фоновому содержанию углеводородов, коти
рое составляет 10—500 мг/кг сухого грунта и обусловлено попаданий
углеводородов в почву с осадками и талыми водами. Эти кол и чес Я
могут считаться безвредными.	Я
В некоторых случаях допустимо сжигать разлитые нефтепродукт^
Сжигание на земле происходит более успешно, чем на воде, отними Л
щей часть тепла, необходимого для горения. Фактически разлит Я
нефть выжигали во все времена, но лишь сравнительно недавно ни1 Я
ли проводить в этом направлении систематические исследования. яЯ
ред сжиганием границы разлива смачивают водой, чтобы предот^Я
тить растекание горящего нефтепродукта и уберечь корни растенЯ
Нефть поджигают горящей ветошью, легковоспламеняющимися -ли
костями, пиротехническими средствами. Горению препятствует тол «И
сильный ветер. Главным недостатком способа является образовапп
большого количества сажи, в которую переходит 10—15% нефтепролм
та. Что касается полициклических ароматических углеводородов, ш
считается, что они в процессе горения почти полностью разрушают «
Вместе с нефтепродуктом выгорают и растения, но они быстро boccui
навливаются, если их корни были хорошо защищены увлажнением
Сжигание предпочтительно проводить весной, когда для растений <><
тается больше времени для восстановления.
164
3. топливо
г»/
'3.1. Ассортимент и назначение топлив
I-Современный ассортимент топлив сложился постепенно. Он пред-
нляет собой компромисс между тем, что может предложить нефте-
Врсработка, и тем, что хотелось бы иметь изготовителям двигателей,
р НПЗ простой перегонкой нефть разделяют на фракции: бензино-
Ьк>, керосиновую и дизельную. В остатке остается мазут. Его бывает
Цнио: 50 и более процентов от взятой нефти (рис. 78).
В старой технической литературе встретятся следующие названия нефтеп-
рпуктов: бензин (35—205°С), лигроин (120—240°С), керосин (150—300°С), га-
)10п> (230—360°С), соляровое масло (300-400°С). Нынешнее деление см. в
)1л.елс 3.4.2.
Бензин
Нестабильная
фракция
Мазут может сам по себе использоваться как топливо, но выгоднее
т> перерабатывать, перегоняя в вакууме, а затем подвергая разложе-
но при помощи деструктивных процессов. Это позволяет получить
(Полнительное количество легких продуктов. Из полученных фрак-
ЦЙ изготавливают товарные топлива. В некоторых случаях топлива
^вставляют собой сложные композиции, включающие до десятка
)мионентов. Такими, например, являются автомобильные бензины.
Цогда, хотя это бывает редко, топливо состоит из одного компонен-
Например, дизельное топливо может представлять собой одну
лишь прямогонную фракцию, выкипа-
ющую в соответствующих пределах. Ос-
новные процессы производства топлив
рассматриваются в разделе 3.4.
Если топлива составлены фракциями,
отогнанными из нефти или продуктов ее
переработки, то они называются дистил-
лятными. Такие фракции можно пере-
гнать от начала до конца. Поэтому очень
важной их характеристикой является
фракционный состав. Остаточные топ-
лива, как и следует из термина, содержат
остатки от перегонки нефти и. следова-
тельно, не перегоняются, а фракцион-
ный состав для них не может быть опре-
делен. С целью улучшения эксплуатаци-
онных свойств (например, вязкости или
Среднедистиллятная
фракция
(реактивное и
дизельное топлива)
ш I лк,,.
т ;,Л:
к । .ТХ'
I
г :9”
Ьн ;
а?11
/' МТ1
' "М11
I 'ио. 78. Отбор топливных
фракций из нефти при прямой
перегонке
Мазут
165
температуры застывания) остаточные топлива могут содержать немноп)
дистиллятных фракций. Если количества дистиллятных и остаточпыц.
фракций сравнимы, то такие топлива иногда называют смесевыми, хо-
тя этот термин корректным считать нельзя. В быстроходных двигателях
внутреннего сгорания используют дистиллятные топлива. В тихоход-
ных судовых дизелях используют остаточные топлива — флотские мазу-
ты и судовые топлива. Более тяжелые остатки находят применение к
качестве котельного топлива под названием топочных мазутов.
На заре нефтяного дела главными продуктами, получаемыми из нефти, были
«фотоген», использующийся в керосиновых лампах, и мазут, которым вмссш
дегтя смазывали оси телег. Бензин считался досадным отходом производства и
уничтожался. Его сжигали в оврагах или просто выливали в море. Л ишь в начале
XX столетия, после того как автомобиль, благодаря изобретению Г. Форда (име-
ется в виду конвейер), стал массовым средством передвижения, бензин приобул
значение ценного товара и спрос на него превысил предложение. Дизельное топ-
ливо (соляр) своим распространением во многом обязано нефтепромышленни-
ку Э. Нобелю, который активно развивал дизслсстроение, сознательно создавая
нового крупного потребителя нефтепродуктов. Он приобрел патент Р. Дизеля и
организовал в Петербурге на заводе «Людвиг Нобель» (позднее «Русский ди-
зель») производство двигателей нового типа. Реактивная авиация дала вторую
жизнь керосину, предъявив к нему ряд дополнительных требований, которые
позволили преобразовать его в топливо для реактивных самолетов.
Современный ассортимент топлив представлен в табл. 10.
Каждое топливо выпускается в виде нескольких марок, различа-
ющихся эксплуатационными, экологическими и другими характерис-
тиками.
3.1.1.	Автомобильные бензины
Автомобильные бензины используют в двигателях, работающих по
циклу Отто. Основным требованием, по которому их различают, явлл
ются антидетонационные свойства. По ГОСТ 2084 обозначение марки
бензина начинается с буквы А (автомобильный). Если указано октано-
вое число, определяемое исследовательским методом, после буквы А
следует буква И (исключением является бензин А-92). Если в маркироп-
ке указывается октановое число, определяемое моторным методом, то
буквенное обозначение метода не проставляется. Затем следует цифро-
вое обозначение нормы, установленной для октанового числа
(табл. 111). ГОСТ 2084-77 действует в России и странах СНГ. В России,
кроме того, действует стандарт Р. 51105, позволяющий вырабатывать
бензины, удовлетворяющие более жестким экологическим требовани-
ям (табл. IV). В настоящее время множество мелких производителей
бензинов выпускают свою продукцию по собственным техническим ус-
166
Ассортимент нефтяных топлив
Таблица 10
-пу	Топливо	Основные области применения
” Ч'	Дистиллятные топлива	
 ГЙЙГ.Ь! автомобильные
шины авиационные
|ктивные топлива для дозвуковой
1.1ЦИИ
1кгивпые топлива для
рхзвуковой авиации
। ыива для быстроходных дизелей
Двигатели, устанавливаемые па автомобилях и
малой технике (мотоциклы, маломерные суда,
газонокосилки и пр.)
Самолеты с поршневым двигателем
Реакт ивные самолеты со скоростью до 1М1
Реактивные самолеты со скоростью выше IМ
l Ьчпые топлива
11 ютурбинпыс топлива
М.иювязкое судовое топливо
Дизельные двигатели, устанавливаемые на
автомобилях, тракторах, скоростных речных
и морских судах
Бытовые печи и стационарные энергетические
установки
Газотурбинные установки, транспортные и ста-
ционарные
Среднеоборотные дизельные двигатели
Остаточные топлива
< мссевые топлива ДТ и ДМ
Иыеоковязкие судовые топлива
Мазуты флотские
Мазуты топочные
Средне- и малообороптыс дизельные двигатели
Малооборотные дизельные двигатели
Средне- и малооборотные дизельные двигатели
Судовые энергетические установки, котлы ТЭЦ
'М — число Маха, показывающее кратность скорост самолета по отношению к
. । прости звука. Например, 2М означает, что скорость самолета в 2 раза больше скорости
тука. При этом имеется в виду скорость звука в данной среде. Разумеется, на больших
|>|.1сотах опа отличается от знакомой нам со школы величины 344 м/с, наблюдаемой в
 ухом воздухе при 20°С и атмосферном давлении.
лоциям. Чтобы при этом уровень требований к бензинам не занижался,
введен стандарт Р. 51313-99, который носит ограничительный характер
и устанавливает ряд обязательных показателей, которые следует вклю-
чать в любую нормативно-техническую документацию на бензины
। мбл. V). Заслуживает упоминания еше один нормативный документ,
IOCT Р. 51866, являющийся аутентичным переводом европейского
. ।андарта EN-228 (табл. VII).
Изложенные в табл. Ill—VII технические требования гарантируют
необходимое качество автомобильных бензинов при соблюдении
установленной технологии. При разработке новых топлив, при измене-
ниях в технологии, например переходе на другое сырье, требуются до-
полнительные исследования. Основу этих исследований составляют
комплексы методов квалификационной оценки, представленные в
габл. VIII.
167
3.1.2.	Авиационные бензины -о-
В настоящее время авиационные бензины вырабатываются I
небольшом количестве. Подобно автомобильным бензинам они нор-
мируются по значению октанового числа, кроме того, для них устанав-
ливается значение сортности — детонационная стойкость на богатой
сМеси. Вырабатывают две марки авиабензинов: Б-95/130 и Б-91/115.
В них более строго, чем в автомобильных бензинах, нормируется со-
держание серы и ароматических углеводородов, химическая стабиль
ность, давление насыщенных паров. В табл. IX представлены требоиа
нИя к авиационным бензинам по ГОСТ 1012-72, а в табл. X — нормы
квалификационной оценки.
3.1.3.	Реактивные топлива
Реактивные топлива делятся на две группы: топлива для дозвуковой
и для сверхзвуковой авиации. К первым относятся Т-1, ТС-1, Т-2, 1’1;
вторую группу составляют топлива Т-6 и Т8В. Реактивные топлню
Должны удовлетворять повышенным требованиям надежности, а тш
характеризоваться как можно более высокой теплотворной с
собностью и плотностью. Это необходимо для обеспечения Mai
мальной дальности полета при ограниченном объеме топливных ба'
Однако углеводороды с наибольшей плотностью — ароматические
составе реактивных топлив нежелательны, поскольку проявл’
повышенные нагарообразующие свойства и гигроскопичность. К"
Пентрация ароматических углеводородов в реактивных топливах oip
ничивается: в топливах для дозвуковой авиации 20—22%. а в топлш
РТ и Т8В — 10% мае. В топливах для сверхзвуковой авиации о,
нормируется содержание нафталина. Нежелательно наличие в топ
вах и парафиновых углеводородов, ухудшающих их низкотемпера
Hbie характеристики.
Требования к реактивным топливам и комплекс методов их kii.i
Фикационной оценки представлены в табл. XI и XII.
3.1.4.	Дизельные топлива
Под этим названием имеют в виду топлива, предназначенные > "<
высокооборотных дизелей. По существующей маркировке основнЛ
Различием между ними являются низкотемпературные свойства. ВЯ
три основных марки: летнее (Л), зимнее (3) и арктическое (А) с теМ^|
Р^турой застывания соответственно не выше минус 10, 45 и 55°С. И
пользование депрессорных присадок позволяет вырабатывать зим
тс*плива марок ДЗП, получаемых из летних путем введения н
0-> 03—0,1 % депрессора. Кроме того, может вырабатываться тон
168
утяжеленного фракционного состава (УФС), в котором с целью увели-
чения ресурсов топлива содержится больше высококипящих фракций.
< ^ответственно в этом топливе ниже конец кипения, выше температу-
ры застывания и помутнения. Такое топливо горит хуже, чем стандарт-
ное, его расход больше, а двигатель сильнее дымит. Поэтому его выра-
•> кивают в исключительных случаях. Вообще оно было создано для
применения в летний период во время сельскохозяйственных работ.
Вторым важным показателем для всех дизельных топлив является
держание серы. В отечественных топливах, вырабатываемых по
।1 КТ 305-82, оно ограничено концентрацией 0,2 или 0,5% — в зави-
н мости от вида, а в экологически улучшенных топливах — 0,1 и 0,05%.
1 некоторых странах существуют более жесткие требования, которые
наничивают содержание серы в топливах максимальной концентра-
й вплоть до 0,003%, но противоизносные свойства таких топлив
пь плохи, что требует введения специальных присадок.
I (становое число для всех топлив в России должно быть не менее 45
нижайшей перспективе — 50). За рубежом требования к цетаново-
шслу выше — до 51.
Требования к топливам Л, 3, и УФС представлены втабл. XIII. При-
шнение России к европейскому стандарту ЕС-590 на данный мо-
in выразилось в разработке технических условий 38.401 -58-296-2001
HiiOji. XIV). Втабл. XV представлены методы и нормы квалификацион-
iill оценки дизельных топлив.
!	3.1.5. Печное бытовое топливо
V Печное бытовое топливо используют в теплогенераторах бытовых
Мнительных установок. Крупным потребителем печных топлив явля-
М»1 сельское хозяйство. В качестве печных топлив пригодны среднедис-
Вцляшые (дизельные) фракции. По сравнению с дизельным топливом
Истым предъявляется гораздо меньше требований (табл. XVI). В них
I ipi-буется нормировать цетановое число, температуру помутнения,
Иипчсскую стабильность. Поэтому в состав печных топлив может вхо-
*"||. большое количество дистиллятов вторичного происхождения: кок-
Н111Я, термического и каталитического крекинга. По фракционному
печные топлива соответствуют дизельным топливам, но немно-
iee и имеют более высокую вязкость. Допустимое содержание се-
i также выше— до 1,1% (из сернистых нефтей). Важным показа-
1Я печных топлив является температура застывания. Она должна
пвать прокачиваемость топлива через линии подачи при любой
। р.пуре окружающей среды. Норма температуры застывания для
   топлива установлена не выше — 15°С, но при необходимости она
। ныть снижена депрессорными присадками. Температура прокачи-
169
ваемости через холодный фильтр для печных топлив не очень важный
показатель, так как в бытовых установках, расположенных внутри поме
шения, фильтры достаточно хорошо прогреваются. Однако если уста-
новки эксплуатируются при температуре окружающей среды, на фильт-
руемость топлив также следует обращать внимание. Квалификационная
оценка печных бытовых топлив не предусмотрена.
3.1.6.	Газотурбинное топливо
В газотурбинных установках используют специальное топливо, из-
готавливаемое из дистиллятных фракций, но характеризующееся более
высокой вязкостью по сравнению с дизельным топливом и более тяже-
лым фракционным составом. В нем строго нормируются зольность и
содержание ванадия и натрия. Первое необходимо для уменьшения об-
разования отложений в проточной части турбин, а второе — для предо
твращения ванадиевой коррозии поверхностей лопаток турбин. Другие
нормируемые показатели представлены в табл. XVII, а комплекс мето-
дов квалификационной оценки — в табл. XV1H.
3.1.7.	Судовые топлива
Ассортимент судовых топлив включает маловязкое судовое топливо
(СМТ) на основе дистиллятных фракций и три основные марки высо
ковязкоготоплива: легкое, тяжелое и сверхтяжелое (СВЛ, СВТ и С ВС)
Эти марки относятся к смесевым топливам. Требования к судовым тон
ливам представлены втабл. XIX. Их квалификационная оценка не пре
дусмотрена.
3.1.8.	Моторные топлива и мазуты
Моторные топлива ДТ и ДМ предназначены для средне- и малообп
ротных дизелей. Их изготавливают по ГОСТ 1667-68 на основе смесей
остаточных и дизельных фракций (табл. XX). С внедрением судовых
топлив роль моторных топлив ДТ и ДМ сходит на нет.
Флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 относятся к легким котельным топли
вам. Они предназначены для использования в судовых котельных уста
новках. Это смесевые топлива, содержащие примерно равные количе
ства мазута и дизельных фракций.
Топочные мазуты марок 40 и 100 используют на ТЭЦ и в котельных
установках. В мазуте 40 может содержаться до 15% дизельных фракций
В перспективе углубление нефтепереработки и увеличение отбора
светлых фракций приведет к тому, что вырабатываться будет только ма
зут марки 100. Требования к мазутам в соответствии с ГОСТ 10585-'W
представлены втабл. XXL
170
Комплекс методов и нормы квалификационной оценки для оста-
точных топлив, предназначенных к использованию в энергетических
установках, представлены втабл. XXII.
3.2. Общие характеристики топлив
3.2.1.	Теплотворная способность
Теплотворная способность — количество тепла, которое может быть
получено при полном сгорании определенного количества топлива.
1то важнейшая характеристика горючего, хотя о ней вспоминают не-
чисто. Дело в том, что по теплотворной способности различные нефтя-
ные, то есть углеводородные, топлива различаются между собой не бо-
нов чем на 1,5% (по массе) или 5% (по объему). Кроме того, немного
ниже мы приведем расчет, показывающий, что мощность поршневого
цпигателя практически не зависит от теплоты сгорания топлива. Прав-
<111, чем ниже теплота сгорания топлива, тем выше его удельный расход
и больше объем топливных баков, если мы хотим обеспечить одну и чу
*е величину пробега на одной заправке. Но для автомобилей и другой
гехники, не отрывающейся от земли, это принципиального значения
нс имеет.
Для реактивных двигателей, напротив, теплота сгорания топлива
чвляется очень важной характеристикой. От нее зависят мощность и
уиельная тяга двигателя. Кроме того, от количества взятого на борт го-
рючего (оно всегда ограничено) зависят дальность полета самолета и
/по грузоподъемность. Другим примером могут быть альтернативные
юнлива, содержащие спирты и эфиры. Они имеют более низкую теп-
погворную способность, нежели нефтяные, что приходится учитывать
пи практике: увеличивать объем топливных баков, повышать произво-
дительность топливных насосов, быть готовыми к уменьшению мощ-
ностных характеристик двигателя. Теплотворную способность обяза-
|гльно определяют для котельных топлив, поскольку она является важ-
ной экономической характеристикой работы котельных установок.
Теплотворная способность топлив характеризуется удельной тепло-
юй сгорания, то'есть, количеством тепла, получаемого из единицы
пйьсма или массы топлива. Существуют понятия высшей QK и низшей
Ц, теплоты сгорания. Они различаются на величину AQ — количество
itiuia, уносимого с парами воды, которая имеет очень высокую скры-
।ую теплоту испарения: QB — Qtl - AQ. Таким образом, если температу-
рв продуктов сгорания выше 100°С и пары воды уносят часть тепла, го-
ворят о низшей теплоте сгорания. Если же температура продуктов сго-
рппия ниже ЮО°С (при этом сконденсировавшаяся вода возвращает
171
часть тепла, равную скрытой теплоте ее испарения), говорят о высшей
теплоте сгорания. Обычно принимают во внимание низшую теплоту
сгорания. Ее можно рассчитать по эмпирической формуле Менделеепи
через элементный состав топлива:
QH = 33,9 С + 103Н - 10,9(0 - S),
где С, Н, О и S — содержание элементов в % мае.
Qtl углерода1 — 34,1 МДж/кг, водорода — 117,3 МДж/кг. Отсюда елг
дует, что более легкие топлива, содержащие больше водорода, харакн-
ризуются более высокой теплотой сгорания.
Существуют другие методы расчета удельной теплоты сгорания,
например по плотности топлива или по плотности и анилиновой точке.
Эти методы удобны на практике, так как не требуют знания эжМ
ментного состава топлива, но имеют более узкое применение. Напри*
мер, метод расчета по плотности и анилиновой точке, предусматри-
ваемый ГОСТ 11065—75, пригоден для расчета топлив плотностью
750—844 кг/м3, не содержащих неуглеводородных компонентов. Эпи
метод основан на том, что между анилиновой точкой и теплотой
сгорания топлив обнаружена линейная зависимость
Qn = |9940 + (/ + 17,8)А] 4,1868,
где t — анилиновая точка, °C; К — коэффициент, К = 15,65(р I
+ 4,44у)14,56; р — плотность при 20°С; у — средняя температурная
поправка к плотности.
Анилиновая точка — минимальная температура, при которой углеводороды
образуют с анилином истинный раствор. В обычных условиях полярный ани-
лин плохо смешивается с неполярными и слабополярными углеводородами.
При нагревании их взаимная растворимость увеличивается. Лучше всего сме-
шиваются с анилином ароматические углеводороды. Их анилиновая точка ле-
жит ниже —20°С. Анилиновые точки парафинов и нафтенов лежат в пределах
соответственно 69—84 и 18—54°С. Такая разница в значениях позволяет косвен-
ным образом судить о групповом углеводородном составе нефтепродуктов и
использовать этот показатель в ряде эмпирических формул.
Если количество тепла, получаемого при- сгорании топлива, поде-
лить не на массу топлива, а на суммарную массу топлива и окислителя
(воздуха или кислорода), то получаемый параметр называется тепло-
производительностью. Например, удельная теплота сгорания водорода
составляет 121 МДж/кг, для его сгорания требуется 8 кг кислорода.
Общая масса водорода и кислорода — 9 кг. Таким образом, теплопроиз-
водительность водорода — 121/9 = 13,4 МДж/кг. Теплопроизводитель-
ность является очень важной характеристикой топлива для конструк-
1 Хотя мы и написали Qlt, для углерода понятие низшей теплоты сгорания не имсс1
смысла, так как при его сгорании воды не образуется.
172
н»ров тепловых аппаратов. Сравним теплопроизводительность метано-
'ia и бензина при стехиометрическом составе горючей смеси. Для этого
выполним приблизительный расчет, принимая среднюю молекуляр-
ную массу бензина равной 120, а объем моля испарившегося вещества
не зависимо от его природы — 22,4 дм3, как у идеального газа. Расчет
нетрудно выполнить самостоятельно, а его результаты представлены
ниже:
Ioiuihbo	Низшая удельная теплота сгора- ния, кДж/кг	Количество воздуха, требуемого для сгорания стехиометрической смеси, кг/кг	Объем горючей смеси при атмосферном давлении, м3/кг	Теплопроизво- дительность (теплота сгора- ния горючей смеси), кДж/м3
Метанол I.IIDUH	22707 42000	6,5 15,0	5,7 12,4	3500 3400
Таким образом, при стехиометрическом сгорании горючей смеси в
поршневом двигателе теплота ее сгорания в случае метанола и бензина
г-нличается менее чем на 3%, что на мощность двигателя заметно не
повлияет. Если будет взято третье горючее с иной теплотой сгорания,
ю состав горючей смеси снова изменится таким образом, что тепло-
производительность будет близка к уже рассчитанной нами.
Как мы говорили в главах 1 и 2, реактивные топлива сгорают при
н'хиометрических соотношениях с воздухом, но затем разбавляются
нм в несколько раз. В результате количество топлива составляет менее
"7> от количества всего взятого воздуха, и эта доля мало зависит от при-
роды топлива. Попробуем выполнить такой же расчет теплопроизводи-
н-иьности, как выше, для бензина:
1О11ЛИВО	Низшая удельная теплота сгора- ния, кДж/кг	Количество воздуха в рабочем теле, исходящем из сопла реактивного двига- теля, кг/кг топлива	Обз.см горючей смеси при атмосферном давлении, м3	Теплопроизво- дительность (теплота сгора- ния горючей смеси), кДж/м3
Метанол г, активное inllJIHBO	22707 44000	98 98	76,1 75,5	298,4 589,7
Таким образом, теплопроизводительность, а следовательно мощ-
ность реактивного двигателя, почти пропорциональна теплотворной
способности топлива.
Г Показатель теплотворной способности используется при сравнении между
кобой топлив разной природы. Для этого введено понятие условного топлива
(у.т.) — это такое топливо, удельная теплота сгорания которого составляет
29308 кДж/кг (7000 ккал/кг). В одной тонне нефти, газа и угля соответственно
содержится 1,4, 1,2 и 0,9 т у.т.
173
3.2.2.	Теплоемкость
Теплоемкостью называют количество теплоты, необходимое для
нагревания единицы массы вещества на один градус. В химмотологии
особенно важны теплоемкость дизельных, реактивных топлив и отра-
ботавших газов. Поскольку дизельные топлива воспламеняются при
повышенной температуре, развивающейся при сжатии, их воспламе-
нение тем легче, чем меньше теплоемкость, то есть чем быстрее про-
греваются топлива. Различные образцы дизельных топлив, полученных
из нефтепродуктов, имеют примерно одинаковую теплоемкость, так
что этот показатель тоже не часто интересует химмотологов. Однако
теплоемкость нетрадиционных дизельных топлив, например, получен-
ных из газовых конденсатов, существенно отличается от теплоемкости
нефтяных топлив, и это влияет на их самовоспламенение. В результате
расчетные методы определения цетанового числа нефтяных дизельных
топлив непригодны для топлив из газовых конденсатов.
Теплоемкость реактивных топлив важна потому, что они в двигате-
ле выступают в роли охлаждающего агента: с одной стороны, это поз-
воляет уменьшить термодинамический нагрев агрегатов системы пи-
тания двигателя, с другой — нагреть само топливо, подготовив его к
испарению. Кроме того, в баках сверхзвуковых самолетов топливо ис-
пытывает аэродинамический разогрев. Температура, до которой оно
нагреется, зависит от его теплоемкости: чем теплоемкость больше, тем
ниже будет температура и тем менее интенсивными будут реакции
окисления топлива. Углеводороды различных групп по теплоемкости
располагаются в ряд:
парафины > нафтены > ароматические углеводороды.
Теплоемкость товарных реактивных топлив составляет 1,8—2,0
кДж/кгтрад. Изменением их состава можно достичь оптимального
значения, которое примерно равно 2,5 кДж/кгтрад. На практике этого
обычно не делают, поскольку такое усовершенствование обходится
слишком дорого.
3.2.3.	Способность к смесеобразованию
Способность топлив к смесеобразованию определяется их испаряе-
мостью и поверхностно-активными свойствами. От последних зависит,
насколько тонко может быть распылено топливо, впрыскиваемое в ка-
меру сгорания. По мере утяжеления топлива роль испаряемости в сме-
сеобразовании уменьшается и повышается роль поверхностно-актив-
ных свойств.
Испаряемость относится к основным качествам дистиллятных топ-
лив, особенно бензинов. Так как на процесс смесеобразования отво-
174
дится
очень небольшое
время, скорость испарения топлива (и)
весьма
важна.
Она зависит от давления его насыщенных паров и определяется
по
уравнению
гдер — давление насыщенных паров; р — парциальное давление паров
над поверхностью жидкости; А — коэффициент пропорциональности.
Давление насыщенных паров веществ зависит от способности их
Молекул вырваться из жидкости наверх. Этому мешают масса молеку-
лы
и силы межмолекулярного взаимодействия, при помощи которых
другие молекулы
пытаются ее удержать. Таким образом, давление на-
сыщенных
паров соединений одного класса тем
выше, чем меньше их
молекулярная масса и ниже температура кипения. Что касается сил
межмолекулярного взаимодействия, то они тем выше, чем больше по-
парных групп в молекуле соединения. Поэтому, чем полярнее молеку-
ла соединения, тем давление насыщенных паров ниже. Например,
неполярного н-гексана при 0°С составляет 5,4 кПа, неполярного, но
легко поляризующегося бензола — 3,2 кПа, а для полярного толуола —
0,9 кПа.
Помогают выходу молекулы из жидкости нагревание и увеличение
кривизны поверхности. Последнее объясняется тем, что молекула, на-
ходящаяся на искривленой поверхности, испытывает меньшее притя-
жение со стороны других молекул (рис. 79). Зависимость от кривиз-
ны поверхности выражается в том, что у вещества в виде капель распы-
ленной жидкости оно выше, чем у вещества, находящегося в сосуде.
С повышением температуры окружающей среды увеличивается
(рис. 80), а зависимость носит нелинейный характер.
Несмотря на то что при повышении испаряемости бензинов смесе-
образование осуществляется быстрее, на практике ее ограничивают.
>го необходимо, чтобы избежать паровых пробок в топливной систе-
ме. Дело в том, что в подкапотном пространстве бензин нагревается от
Рис. 79. Силы, действующие на молекулу, находящуюся на плоской (а) и
искривленной (6) поверхности жидкости. Жирными стрелками показаны
результирующие сил

175
Рис. 80. Влияние температуры
на давление насыщенных паров
автомобильного бензина
двигателя до 30—40°С и частично ис-
паряется. Через топливный насос
идет смесь жидкого бензина и его па-
ров. Если паров слишком много, то
производительность насоса падает.
Кроме того, в карбюраторе часть воз-
духа вытесняется парами бензина,
образуется переобогащенная смесь,
которая в двигателе может не воспла-
мениться, если концентрация бензи-
на будет выше верхнего предела
КП В. Двигатель глохнет как бы от
того, что топливопровод забивается.
Это явление и получило название па-
ровой пробки. В специальной лите-
ратуре приводятся зависимости между показателями испаряемости
бензина и предельной температурой его нагрева (/Г|), при которой воз-
никает опасность образования паровых пробок. В качестве примера
приведем некоторые их них:
/п=1,85/„к-4;
~ zio% + |0;
/п= 123 -0.75р„,
где /нк и /(0% — температуры соответственно начала кипения и выкипа-
ния 10% бензина в °C;	- давление его насыщенных паров в кПа.
Особенно вероятна опасность образования паровых пробок при
езде автомобиля в высокогорных районах и полетах самолетов с кар-
бюраторными двигателями из-за пониженного атмосферного давле-
ния. Поэтому к авиационным бензинам предъявляются более жесткие
требования по содержанию низкокипящих фракций, чем к автомо
бильным. Следует также учитывать и экологические требования: при
повышенной испаряемости топлив высоки их потери в окружающую
среду.
В дизельных и реактивных двигателях топливо распыливается в ка
мере сгорания и процесс смесеобразования на определенном этапе
совмещается с процессом горения. Какую бы природу топливо ни имс
ло, сгорают его пары (или газообразные продукты деструкции). Таким
образом, и в этом случае испарение топлива играет важную роль.
В свою очередь, оно зависит от качества распыливания. Чем мельче
капли, тем больше поверхность испарения. Качество распыливания
топлива определяется его вязкостью и поверхностным натяжением.
На испаряемость реактивных и дизельных топлив тоже накладыва
ются ограничения. Реактивные топлива, так же, как и бензины, час-
176
тично испаряются, и по трубопроводам идет парожидкостная смесь.
Считается нормальным, если содержание пара в такой смеси больше,
чем содержание жидкости, в два раза. При большем соотношении об-
разуются паровые пробки. Положение усугубляется тем, что полеты
реактивных самолетов происходят в сильноразреженной атмосфере.
В этом случае на испарение топлив накладывается процесс выделе-
ния из них воздуха: в реактивных топливах при нормальных условиях
растворяется 10—15% об. воздуха. При резком понижении давления в
процессе набора высоты топливо как бы вскипает. Это увеличивает
объем газовой фазы в топливной системе. Кроме того, «вскипание»
гоплива вызывает гидравлические удары в топливной аппаратуре, в
результате чего возникает кавитация, грозяшая износом и поломками
цеталей. В сверхзвуковых самолетах испарению топлива способствует
термодинамический разогрев топливных баков до 100—150, иногда
,!()0°С. Поэтому топливо в баках сверхзвуковых реактивных самолетов
находится под небольшим избыточным давлением, создаваемым спе-
циально. Что касается дизельных топлив, то в этом случае повышен-
ная испаряемость связана с жесткостью работы двигателя, рассмот-
ренной ранее.
Как мы заметили, чем мельче капли, тем легче они испаряются.
Однако, размер капель дизельного топлива не должен быть сколь
угодно малым. Слишком мелкие капли легки. При впрыске топлива в
камеру сгорания дизельного двигателя, встречая сопротивление сжа-
того воздуха, они быстро теряют скорость. Размер топливного факела
искажается, а объем камеры сгорания используется не полностью.
Процесс горения протекает хуже. Поэтому вязкость дизельного топ-
iifua ограничивают как сверху, так и снизу1. Что касается поверхност-
ного натяжения, на него влиять труднее, да и незачем. У различных
образцов топлива оно примерно одинаково и колеблется в области
.’0-25 МН/м.
Характеристикой испаряемости дистиллятных топлив, очень важ-
ной и удобной на практике, является фракционный состав. Стандарта-
ми на топливо нормируются его основные точки. Для бензинов это
ц'мпературы начала и конца перегонки, а также выкипания 10, 50 и
'»()%. Взаимосвязь между этими показателями и эксплуатационными
i иойствами бензина представлена в табл. 11.
Для дизельных топлив такой четкой зависимости между показателя-
ми фракционного состава и эксплуатационными свойствами не уста-
новлено. Однако выводы о влиянии облегчения или утяжеления фрак-
ционного состава все же могут быть сделаны (табл. 12).
1 Последнее необходимо также для обеспечения смазывающих свойств дизельных и
|»’.1КТИВНЫХ топлив.
18-449
177
Таблица и
Влияние фракционного состава на эксплуатационные
свойства бензина
Температура. °C	Предел ограничения	Влияние на эксплуатационные свойства при выходе за предел
Начало перетопки и перегонка 10% Перегонка 50% Перегонка 90% и конец перегонки	Нижний Верхний Верхний	Увеличиваются испаряемость и потерн при хранении. Улучшаются пусковые свойства. Увеличивается опасность образования паровых пробок в топливной системе и обледенения заслонки карбюратора Ухудшаются испаряемость и связанные с ней прогрев двигателя и устойчивость его работы Ухудшается сгорание бензина, обусловленное наличием большого количества трудпосгораемых тяжелых компонентов. Соответственно увеличивае тся расход топлива и дымность продуктов сгорания. Не успевшее испариться топливо попадает в картер, за счет чего разжижается масло и увеличивается его расход
Таблица 12
Изменение фракционного состава	Последствия
В сторону облегчения	Топливо обогащено легкими углеводородами, в результате чего уменьшается его цетановое число и снижается вязкость. Снижение вязкости приводит к ухудшению противоизносных свойств. Повышенпан испаряемость легкой части топлива приводит к ухудшению его пусковых свойств и повышению жесткости работы двигателя
В сторону утяжеления	Топливо обогащено трудносгораюшими тяжелыми углеводородами. Это приводит к повышению дымности отработавших газов, увеличению расхода топлива, повышенному нагарообразованию и закоксовыванию форсунок
3.2.4.	Воспламеняемость и горючесть
В гл. 2 мы убедились, что принципиальные различия между органи-
зацией теплового процесса в бензиновых и дизельных двигателях ока-
зывают влияние на воспламеняемость и горючесть бензинов и дизель
ных топлив. Бензины должны быть устойчивыми к окислению в про
цессе предпламенных превращений и не образовывать пероксидов,
178
которые имеют склонность разлагаться со взрывом в камере сгорания.
Иными словами, бензины должны характеризоваться достаточно вы-
сокими антидетонационными свойствами. Дизельные топлива, напро-
11И1, должны быть способны к самовоспламенению при температурах,
развиваемых при сжатии воздуха в цилиндре.
Что касается реактивных, газотурбинных и котельных топлив, сго-
рающих в факеле, то их практически важной характеристикой являет-
i н скорость горения.
Антидетонационные свойства бензинов. Способность бензина к без-
асгонационному сгоранию определяется октановым числом. Это услов-
ный показатель. Его определяют сравнением антидетонационных ха-
рактеристик испытуемого топлива и модельной смеси изооктан —
< гептан. Октановое число численно равно процентному содержанию
и юоктана в эталонной смеси, сгорающей в определенных условиях с
шким же результатом, как и испытуемый бензин. Значения октанового
тела одного и того же образца зависят от условий испытания. Сущест-
вуют два метода определения октанового числа: моторный и исследо-
вательский (эти термины условны). При первом частота вращения ко-
иепчатого вала равняется 900 мин1, температура всасываемой смеси —
I4TC (300Т), угол опережения зажигания — переменный). Во втором
методе предусмотрены более мягкие условия: 600 мин-1, температура
всасываемого воздуха 52°С (125Т), угол опережения зажигания — 13
||>ад. Разница между октановыми числами, определенными моторным
К )ЧМ) и исследовательским методами (ОЧИ) называется чувствитель-
ностью и характеризует степень пригодности бензина к разным усло-
виям работы двигателя. Считают, что ОЧИ лучше характеризует бензи-
ны при езде в городских условиях, а ОЧ М — в условиях высоких нагру-
|<>к и скоростей. Среднее арифметическое между ОЧ И и ОЧ М (которое
Польше ОЧМ и меньше ОЧИ) называют октановым индексом и при-
равнивают к дорожному октановому числу, которое нормируется стан-
мртами некоторых стран (например, США) и указывается на бензоко-
кгнках в качестве характеристики продаваемого топлива.
Первые сообщения о детонации в бензиновых двигателях относятся к 1919
ищу. Двигатели, которые использовались до тех пор, имели очень невысокие
 1спсни сжатия, и такая проблема не возникала. С развитием двигателестрое-
ния стало необходимым оценивать пригодность бензина к двигателю. Первым
методом оценки детонационной стойкости бензинов была так называемая
•критическая степень сжатия» (КСС) — такая степень сжатия, при которой на-
чиналась детонация. Например, бензол имел КСС, равную 15, изооктан — 7,7,
и л-гептан — 2,8. Показатель был неудобен в определении и не имел универ-
гниьного характера. Поэтому существовали другие методы, основанные на еди-
ницах топливных эквивалентов, например бензольном или анилиновом. Нако-
нец, в 1927 г. был принят знакомый нам показатель «октановое число». Первый
и*
179
метод его определения был близок к современному исследовательскому, на
имел плохую воспроизводимость. Поэтому в 1932 г. он был усовершенствовав
и получил название моторного. Усовершенствования касались изменения ус-
ловий определения октанового числа в более жесткую сторону (частота врашс
ния коленчатого вала увеличена с 600 до 900 мин-1, рабочая смесь нагреваласг
до 150°С), а также улучшения конструкции аппаратуры для замера детонации
Вскоре, однако, было установлено, что моторный метод дает адекватные рс
зультаты не во всех случаях. Когда нагрузки на двигатель невелики (такое ха-
рактерно для городской езды), более пригоден все-таки старый исследова-
тельский метод, к которому и вернулись, сумев его улучшить. В новом виде ис-
следовательский метод был принят в 1939 г. и с тех пор не изменялся. С разви-
тием авиации возникла еще одна проблема. Для самолетов требовался бензин
с октановым числом более 100, что превышало возможности эталона — изоох
тана. Поэтому в 1942 г. был разработан еще один метод, получивший название
«температурного». Согласно этому методу детонацию оценивали, замеряй
среднюю температуру стенок камеры сгорания при детонационном сгорании
топлива, а условия испытания были еще более ужесточены. Постепенно темпе
ратурный метод потерял свое значение, так как авиация перешла в основном
на реактивную тягу.
Углеводороды, входящие в состав бензинов, сильно различаются по
значению октанового числа. По убыванию детонационной стойкости
группы углеводородов располагаются в ряд:
ароматические > изопарафиновые > олефиновые >
> нафтеновые > и-парафиновые.
В каждом классе соединений октановое число снижается с увеличе
нием молекулярной массы и тем выше, чем более разветвлена молеку-
ла. Перемещение заместителя в парафиновой цепи или кратной связи
олефина к середине молекулы, как правило, повышает октановое чис-
ло. Октановые числа кислородсодержащих соединений весьма высоки,
что используется при производстве автомобильных бензинов с добав-
ками оксигенатов. Октановые числа (м. м.) некоторых углеводородов и
спиртов представлены на рис. 81, который служит хорошей иллюстра-
цией сказанному выше.
Сортность. При определении октанового числа коэффициент из-
бытка воздуха устанавливают равным 0,85—1,1. Такие параметры харак-
терны для работы автомобильного двигателя. Вместестем используют-
ся и другие режимы. В разделе 2.2.1. мы говорили, что во время взлета
авиационные двигатели работают на богатой смеси с наддувом. В годы
расцвета авиации с поршневыми бензиновыми двигателями было уста-
новлено, что при таком режиме показатель «октановое число» не
годился. Для разных бензинов с одним и тем же октановым числом де-
тонация могла наступить, а могла и не наступить. Все зависело от сос-
тава бензина. Поэтому был введен еще один метод оценки антидетона-
180
V
л
V
150
100-
50-
о12
8.
о 11
2
о 10
°9
3

4
0	2	4	6	8
Число атомов углерода
»•*	г.-г, 4|«л-<-. f. -	—	<•--
Рис. 81. Октановые числа некоторых
углеводородов и спиртов
(исследовательский метод):  — ряд
н-парафинов: 1 — н-бутан; 2 —
н-пентан; 3 — н-гексан; 4 — н-гептан;
• — ряд спиртов с н-алкильным
радикалом: 5 — метанол; 6 — этанол;
7 — н-пропиловый спирт;
8 — н-гексиловый спирт;
□ — изопарафины С7 по мере
разветвления углеводородной цепи:
9 — 2-метилгексан; 10 — 3-метилгексан;
11 — 2,2-диметилпентан;
12 — 2,2,3-триметилбутан
ппонных свойств при работе двигателя на богатой смеси. Его назвали
сортностью. Для определения сортности оценивают мощность двига-
нля (точнее, среднее индикаторное давление, пропорциональное
мощности — это удобнее технически) при работе с минимальной дето-
нацией на богатой смеси (а = 0,895) по сравнению с мощностью двига-
ния на эталонном изооктане. Таким образом, сортность 130 означает,
по мощность двигателя при работе на данном бензине без опасности
и гонации может быть увеличена на 30% по сравнению с работой дви-
। л геля на изооктане. Сортность бензина, как и октановое число, зави-
. пт от его группового углеводородного состава. Компоненты, повыша-
ющие ОЧ, увеличивают и значение сортности, хотя непосредственной
(ависимости между этими характеристиками нет. Сортность индивиду-
альных углеводородов понижается с увеличением их молекулярной
массы и количеством заместителей в ароматическом или нафтеновом
цикле. С увеличением разветвления в основной или боковой цепях
сортность увеличивается.
При производстве бензинов смешением фракций различных про-
цессов важное значение имеют так называемые октановые числа смеше-
ния (ОЧС), которые отличаются от октановых чисел отдельных компо-
нентов. Октановые числа смешения зависят от углеводородного соста-
ва нефтепродукта, его содержания в смеси и некоторых других факто-
ров. У парафиновых углеводородов ОЧС выше действительных ОЧ, у
ароматических зависимость более сложная. Разница между ОЧ и ОЧС
может быть существенной и превышать 20 пунктов. ОЧС важно учиты-
вать при получении бензина путем смешения нескольких компонентов
разной природы. Для расчета результирующего ОЧ считают, что вклад
каждого компонента пропорционален его содержанию в смеси. В пер-
вом приближении этого достаточно, хотя и не совсем верно, так как
разные компоненты оказывают разное влияние на ОЧС друг друга.
 ЭЭ
181
Антидетонационная стойкость топлив в различных двигателях про*
является по-разному в зависимости от требования двигателя к октано-
вому числу, частоты вращения коленчатого вала и других характерно
тик, которые не могут быть учтены в процессе определения ОЧИ и
ОЧМ. Поэтому приемочные испытания нового бензина предусматри-
вают оценку фактического октанового числа (ФОЧ), которую проводя]
на конкретном двигателе на установившихся режимах во всем диапазо»
не частоты вращения коленчатого вала. Кроме того, проводят дороже
ные испытания, в процессе которых определяют требования двигатели
к ОЧ и детонационные характеристики бензина на неустановившихся
режимах работы при различных скоростях движения автомобиля (до
рожное октановое число, ДОЧ). И тот, и другой показатели с повышена
ем скорости автомобиля возрастают, таким образом, между требовани
ями двигателя к ОЧ и самим ДОЧ наблюдается примерное соответ
ствие. На рис. 82 представлены требования автомобиля ВАЗ-2103 к ОЧ
бензина и ДОЧ бензина АИ-93 в зависимости от скорости движения.
Так как определение ДОЧ и ФОЧ очень дорогие и трудоемкие про
цедуры, существуют упрощенные методы лабораторных испытаний,
основанные на измерении коэффициента распределения октанового
числа (ЛрдС). Этот показатель представляет собой отношение значения
ОЧ фракции бензина, выкипающей до 100°С, к значению ОЧ фракции,
выкипающей после 100°С. Нормирование этого показателя необходи-
мо из-за явления фракционирования бензина во впускной системе
двигателя. В идеальном случае он приближается к 1, но на практике он
составляет 0,8—0,9. Это объясняется компонентным составом бензи-
нов. Для повышения ОЧ в них добавляют большие количества арома-
тизированных фракций риформин-
га, выкипающих в основном после
100°С. Более легкие фракции, со-
держащие парафиновые и циклопа-
рафиновые углеводороды, по значе-
нию ОЧ уступают фракциям рифор-
минга, поэтому Л'РдС на практике
меньше 1. Впрочем, с изменением
баланса сырьевых компонентов для
автобензинов картина может изме-
ниться. Увеличению Л'РдС способ-
ствует использование низкокипя-
щих оксигенатов с высокими окта-
новыми числами, увеличение кон-
центрации алкилата и изомеризата.
Между ДОЧ, ОЧИ и А'|,дС суще-
ствует зависимость, однако ее ис-
Рис. 82. Влияние скорости движения
автомобиля ВАЗ-2103 на требования
к ОЧ бензина: 1,2 — параллельные
испытания
182
Пользование предполагает знание коэффициента а (не путать с коэф-
imuneHTOM избытка воздуха), величина которого зависит от геометрии
Пускного трубопровода, влияющей на величину тонкой пленки бен-
ИНа, попадающего в карбюратор при резком открытии заслонки:
11	ДОЧ = 04 И-Хрдс + а( 1 - *рдс).
[ Из формулы, в частности, следует, что при КРдС = 1, ДОЧ и ОЧИ
"впадают, а при ЛрдС < 1 ДОЧ меньше ОЧИ.
До начала семидесятых годов проблема повышения октанового чис-
бензина решалась исключительно за счет применения этиловой
щкости, содержащей тетраэтилсвинец (ТЭС). Ужесточение экологи-
ких требований, а также внедрение каталитических нейтрализато-
п, чувствительных к наличию свинца, привело к необходимости пе-
I" । мотра технической политики в развитых странах. Были разработа-
 । программы перехода на неэтилированные топлива. И хотя сроки
।шолнения этих программ неоднократно продлевались, применение
|раэтилсвинца практически подошло к концу. Когда эта книга попа-
ь । к читателю, в России будут использоваться исключительно неэти-
трованные бензины. Проблема их выработки решается за счет моди-
фикации компонентного состава, а иногда — использования альтерна-
1ИПНЫХ антидетонаторов. В товарные бензины вовлекаются алкилаты,
и юмеризаты, кислородсодержащие соединения. При этом одновре-
|| пно решаются другие проблемы: снижение давления насыщенных
n.ipoB бензина, уменьшение концентрации бензола и обеспечение пол-
иты сгорания топлива.
Чем выше октановое число бензина, тем большую степень сжатия
||>жно применить в двигателе, повысив его экономичность. Однако
। яждый пункт октанового числа достается все с большим трудом.
Процессы производства высокооктановых компонентов дороги и,
। роме того, их выход на нефть меньше, чем у прямогонных фракций.
В конце концов повышение стоимости высокооктановых топлив на-
чинает превышать стоимость топлива, сэкономленного вдвигателе, и
ыльнейшее повышение октанового числа становится бессмыслен-
ным. Это проиллюстрировано на рис. 83. В 1970-е годы считалось, что
оптимальное значение ОЧ автомобильного бензина по исследова-
н иьскому методу составляет около 100 ед. Однако, после перехода на
псэтилированный бензин стоимость высокооктановых фракций
। vniecTBeHHO выросла, так как применение тетраэтилсвинца было
< змым экономичным способом повышения ОЧ. Вследствие этого оп-
। пмальное значение ОЧ сейчас лежит в пределах 91—93 ед. Если поя-
вятся новые, более экономичные технологии производства высоко-
октановых бензиновых компонентов, оптимальное значение ОЧ
вновь вырастет.
183
I;
Рис. 83. Влияние октанового числа на
расход бензина в двигателе (1), его
стоимость (2) и на стоимость бензина,
затраченного на единицу мощности (3)
Рис. 84. Зависимость между
цетановым числом и температурой
самовоспламенения дизельного
топлива
Наряду с антидетонационными характеристиками необходимо упо-
мянуть о склонности бензинов к калильному зажиганию, то есть к
воспламенению от раскаленных частичек нагара. Она тесно связана с
антинагарными свойствами топлива и увеличивается при увеличении н
бензине концентрации ароматических углеводородов, особенно с по-
вышением их молекулярной массы. Замечено, что чем выше ОЧ бензи-
на, тем меньше опасность калильного зажигания.
Детонация и калильное зажигание по внешним проявлениям очень
похожи, но имеют разную природу. Их можно легко различить. Если
выключить зажигание, то при детонации работа двигателя немедленно
прекратится, а при калильном зажигании будет продолжаться.
Воспламеняемость дизельных топлив. Способность дизельных топ-
лив к самовоспламенению характеризуется цетановым числом (ЦЧ),
Этот показатель характеризует способность топлива самовоспламе-
няться в камере сгорания. Поэтому между цетановым числом и темпе-
ратурой самовоспламенения дизельного топлива наблюдается практи-
чески линейная зависимость (рис. 84). Можно обратить внимание па
то, что требования к самовоспламенению бензинов и дизельных топ-
лив прямо противоположны. Если от бензина требуется, чтобы он а
неизменном виде дождался фронта пламени от свечи зажигания, то ди-
зельное топливо должно воспламениться самостоятельно при темпера-
туре, развиваемой при сжатии воздуха. Поэтому цетановое число нахо-
дится в обратной зависимости от октанового числа, что выражается
эмпирической формулой
ЦЧ = 60 - ОЧ/2.
Цетановое число — условный показатель и, следовательно, зависит
от условий его определения. Он равен объемной концентрации цетана
184
(гексадекана, С16Н34) в эталонной смеси цетана и а-метилнафталина,
воспламеняемость которой соответствует воспламеняемости испытуе-
мого топлива при периоде задержки воспламенения, составляющем 13
। радусов. Измерение цетанового числа, так же как и октанового, — тру-
|<>емкая и дорогая операция. Поэтому в некоторых странах применяют
расчетный показатель — дизельный индекс (ДИ), который вычисляют,
исходя из анилиновой точки (А) в градусах Фаренгейта и плотности (сГ)
при 15°С в единицах (градусах) API:
ДИ = А d/Ш.
Формулы перехода между единицами СИ и API:
°C = (°F — 32)/1,8,
град. API = 141,5/d — 131,5,
। ic с/ — плотность при 15,6°С (60°F) в г/см3.
Если перейти к привычным нам градусам Цельсия и плотности в
r/м3, то получим формулу
ДИ = (1,8/1 + 32) (1,415/г/ — 1,315).
Дизельный индекс косвенно характеризует не только цетановое
число, но также испаряемость топлива и является хорошей характерис-
тикой его пусковых свойств при низкой температуре.
Между дизельным индексом и цетановым числом существует почти
линейная зависимость:
Дизельный индекс 20 30 40 50 60 70
Цетановое число 30 35 40 45 55 60
В России используют расчетный показатель, который называют це-
тановым индексом (ЦИ). Его определяют по ГОСТ 27768, исходя из
плотности и 50%-й точки выкипания топлива:
ЦИ = 454,74 - 1641,41 d + 774,74г/2 - 0,544 / + 97,803 (1g/)2,
где d — плотность нефтепродукта при 15°С; / — температура кипения
50%-й фракции топлива, приведенная к нормальному давлению
(101,3 кПа).
Расчетные методы пригодны только для топливных фракций, не содержа-
щих присадок. Если топливо содержит промоторы воспламенения, то его фак-
тическое цетановое число будет на несколько единиц превышать расчетное,
так как не будет зависеть от физико-химических характеристик. Этим эффек-
том, кстати, можно воспользоваться для того, чтобы определить, есть в топли-
ве присадка, повышающая цетановое число, или нет.
По значению ЦЧ углеводороды располагаются в ряд:
н-парафины > олефины > нафтены >
> ароматические углеводороды.
185
520
4
3
2	°8
1

.5
.6	°9
•7	П|о
—1------1-----1-----i~
10	12	14	16
Ч исло атомов углерода
Рис. 85. Цетановые числа
углеводородов:  — ряд н-парафинов:
1 — декан, 2 — додекан, 3 —
тетрадекан, 4 — гексадекан (цетан);
• — ряд изомеров парафинов С12:
2 — додекан, 5 — 3-этилдекан,
6 — 4,5-диэтилоктан; 7 — 2,2,4,6,6-
пентаметилгептан; □ — ряд
углеводородов С14 различных классов:
3 — тетрадекан, 8 — тетрадецен, 9 —
бутилтетралин, 10 — бутилнафталин
В каждом ряду цетановое число увеличивается с увеличением дли-
ны углеводородной цепи молекулы, так как при этом повышается
склонность вещества к окислению. Значения цетановых чисел некото-
рых углеводородов и спиртов приведены на рис. 85.
Чем выше цетановое число топлива, тем быстрее оно воспламеняе!
ся и тем меньше период задержки воспламенения (ПЗВ). Должна вы
держиваться некоторая оптимальная продолжительность ПЗВ. Если
она слишком мала (большое ЦЧ), то на подготовку горючей смеси от-
водится мало времени, и топливо впрыскивается в уже горящую смесь,
содержащую продукты сгорания, затрудняющие доступ кислорода к
новым порциям топлива. Поэтому топливо не успевает сгорать пол
ностью и вОГ содержится много продуктов неполного сгорания, а эко
номичность двигателя падает. При малом ЦЧ, напротив, продолжи-
тельность ПЗВ велика и смесь хорошо подготавливается, зато меньше
времени остается на собственно горение. При этом горение происхо-
дит интенсивней, сопровождается быстрым нарастанием давления и
камере сгорания, что, в свою очередь, ведет к стуку, повышенному из-
носу двигателя, опасности поломки поршневых колец и прорыва кар-
терных газов. Достоверно установлена зависимость между шумом дни
гателя и цетановым числом (см. рис. 74).
Топливный баланс на отечественных предприятиях в большинстве
случаев складывается таким образом, что товарные дизельные топлива
имеют достаточно высокие цетановые числа и введения специальных
присадок — промоторов воспламенения — пока не требуется. При пе-
реходе на новый стандарт, предусматривающий более высокие цетано-
вые числа дизельных топлив, промоторы воспламенения могут найти
более широкое применение.
Строго говоря, на самовоспламенение дизельных топлив влияет не
только значение ЦЧ, но и теплофизические характеристики: теплоем-
кость, скрытая теплота испарения и т. д. По этим показателям дизель-
186
। i.ic топлива из нефтяных фракций различаются несильно и не норми-
хются. Однако при получении топлив из нетрадиционного сырья
нтример, из газовых конденсатов, кислородсодержащих соединений
г. д.) теплофизические свойства необходимо учитывать.
Полнота сгорания топлив определяется их составом. Лучше всего го-
нг парафиновые и нафтеновые углеводороды, хуже — олефиновые и
роматические. Плохо сгорают многие гетероатомные соединения се-
, ы и азота и смолистые вещества. При неполном сгорании топлив на
11снках камеры сгорания, деталях цилиндропоршневой группы, а если
речь идет о котельных установках — трубах экрана и поверхностях теп-
лообмена — образуются нагар и отложения. Кроме того, часть несго-
репшего топлива догорает в системе выброса, повышая температуру
<пработавших газов, а часть и вовсе выбрасывается в атмосферу.
Таким образом, полноту сгорания топлив определяет ряд нормиру-
емых и не нормируемых стандартами показателей: содержание серы,
олефиновых и ароматических углеводородов, фактических смол. Кро-
ме того, на нее влияют зольность и коксуемость топлива. Зольность ха-
рактеризует наличие в топливе несгораемых неорганических примесей,
участвующих в образовании нагара, а коксуемость — содержание тяже-
лых нестабильных соединений: смол и асфальтенов.
3.2.5. Пусковые свойства моторных топлив
При пуске холодного двигателя возникают проблемы, связанные с
повышенной вязкостью масла, сопротивляющегося проворачиванию
пила и с пусковыми свойствами топлив. Для бензинов и дизельных топ-
лив эти проблемы различны.
Проблема, возникающая при холодном пуске бензинового двигате-
1я, заключается в недостаточной испаряемости бензина при низкой
пмпературе, в результате чего состав образуемой горючей смеси далек
и оптимального. Из-за этого продолжительность пуска увеличивается.
>го приводит к повышению пусковых износов, повышенному расходу
оплива и увеличению эмиссии токсичных продуктов неполного сгора-
|ия, характерных для пускового периода. Если концентрация бензина
। горючей смеси ниже нижнего концентрационного предела воспламе-
<ения (КПВ), то смесь вообще не воспламенится. Считают, что пуско-
иые свойства бензинов определяются началом их кипения, содержани-
•м легких фракций, которое в России характеризуют так называемой
I()%-й точкой (температурой, при которой выкипает 10% об. топлива)
। давлением насыщенных паров. В США полагают, что пусковые свой-
гна бензина лучше всего характеризует количество топлива, выкипаю-
щее до 70°С. На рис. 86 представлено влияние этого показателя на ми-
нимальную температуру пуска карбюраторного двигателя. После пуска
187
Рис. 87. Влияние цетанового числа
на продолжительность пуска судового
дизельного двигателя

Рис. 86. Влияние К70 на минимальную
температуру пуска карбюраторного
двигателя
следует прогрев двигателя. В это время также наблюдается повышен
ная, хотя и постепенно уменьшающаяся эмиссия продуктов неполной
сгорания. Считают, что продолжительность прогрева зависит от знача
ния 50%-й точки бензина. Чем ниже температура окружающей среды
тем меньше должен быть этот показатель.
Отложения на впускных клапанах могут являться причиной ухуд
шения пусковых свойств бензинов. При эксплуатации двигателей с не
посредственным впрыском бензина эти отложения достигают 2 мм
толщины и, имея пористую структуру, адсорбируют легкие фракции
топлива, не пропуская их в цилиндры. Это явление наблюдается толь
ко при пуске холодного двигателя.
Проблема, возникающая при холодном пуске дизельного двигатели
заключается не в пониженной испаряемости топлива, а в недостаточно
высокой температуре, развиваемой при сжатии топливной смеси. Во
первых, это происходит из-за того, что в цилиндр подаются холодные
топливо и воздух, во-вторых — из-за повышенной теплоотдачи от
сжимаемой смеси к холодным стенкам цилиндра.
Как отмечалось ранее, основной характеристикой, определяющей
пусковые свойства дизельных топлив, является цетановое число. Ни
рис. 87 представлено влияние цетанового числа на продолжительность
пуска судового дизельного двигателя при минус 12°С. Что касается
фракционного состава, то рекомендуют пусковые свойства дизельного
топлива оценивать по 50%-й точке выкипания. При чрезмерном облег
чении фракционного состава ухудшается пуск дизельных двигателей
что получило ряд объяснений: от быстрого охлаждения при интенсив,
ном испарении легких фракций в камере сгорания до низкого ЦЧ.
Успешное смесеобразование в дизельных двигателях зависит также
от вязкости топлива, которая должна находиться в определенных пр#

188
i. чах. При эксплуатации двигателя на слишком вязких топливах ухуд-
шается их подача, тонкость распыливания, уменьшается дальнобой-4
плеть струи. Особенно это важно при холодном пуске при малых
। к: готах вращения коленчатого вала. Считают, что для оптимального
I» кпыливания вязкость топлива на входе в форсунку должна состав-
ишь не более 20 мм2/с для среднеоборотных и 25 мм2/с для малообо-
ршных дизелей.
3.2.6. Химическая стабильность топлив
Химическая стабильность. Компоненты топлив под действием тепла
в кислорода воздуха, при контакте с металлическими поверхностями,
оказывающими каталитическое действие, претерпевают превращения,
п результате которых образуются смолистые вещества и нерастворимые
осадки. Они нарушают нормальную работу двигателя и топливной ап-
паратуры, отлагаясь на их поверхностях, что приводит к ухудшению
< мссеобразования, неполному сгоранию топлива и повышенному выб-
росу токсичных веществ. При интенсивном смолообразовании снижа-
ется КПД двигателя, из-за чего расход топлива увеличивается, а это, в
спою очередь, означает увеличение общего количества продуктов
иорания.
Комплекс химических процессов, протекающих в топливах, достаточно
i ножен, но основными являются реакции радикально-цепного окисления уг-
'1С1юдородов. Механизм жидкофазного окисления хорошо изучен вплоть до то-
II), что его отдельные стадии получили стандартную общеупотребительную ну-
мерацию. В процессе окисления выделяют пять этапов:
I.	Процесс окисления углеводородов начинается с возбуждения молекулы и
образования радикала R*. Акты возбуждения случайны. В двигателе наиболее
ьероятной их причиной может быть возбуждение молекулы углеводорода при
нагревании:
RH -> RH*.
Поскольку эта стадия зависит от случайностей, она является лимитирую-
щей при окислении жидких углеводородов.
II.	Зарождение цепей:
2RH*-э 2R* + Н2,
RH* + О2 -> R* + НОО*.
III.	Продолжение цепи:
Радикал R* малоактивен, но он присоединяет кислород с образованием вы-
сокоактивного пероксидного радикала ROO*, который может вступать в даль-
нейшие реакции:
I)	R* + О2 —> ROO*,
'b \	2) ROO* + RH -> ROOH + R*.
189
IV.	Разветвление цепи (распад гидропсроксида на два радикала). Таким
разом, реакция разветвляется:
3)	ROOH -э RO* + НО*.	А
V). Обрыв цепей:	
4)	R* + R* -> RR,	
5)	ROO* + R* -> ROOR,	'
6)	ROO* + ROO* ROH + R’COR” + О2.	'W
Сначала образуются пероксиды и гидропероксиды, а из них — си щ»
ты, кислоты, оксикислоты и т. д. Они вступают между собой в реакции
этерификации и поликонденсации, приводя в конечном счете к о(>ри
зованию продуктов с высокой молекулярной массой. Наконец, при
дукты окислительных превращений могут стать настолько тяжелыми,
что начнут коагулировать в отдельную фазу. Хотя реакции окисления и
играют основную роль, к ним все превращения компонентов топлив и-
сводятся. А. А. Гуреев показал, что непредельные соединения, содерл>
шиеся в топливах, могут полимеризоваться и также приводить к об|>>
зованию смол. При этом важно строение молекулы непредельного < 
единения. Если это просто олефин, то он достаточно устойчив. Если
его двойная связь активирована, как, например, в диенах, стироле,
полимеризация протекает очень интенсивно.
Гуреев, Андрей Александрович (1923—1994), советский химмотолог, дл.и
проф. В 1949 г. окончил Военную академию тыла и снабжения (Тверь) и нач.ы
работу ВНИИ ГСМ Министерства обороны СССР. В эти годы здесь сформирп
валась сильная химмотологическая школа, представленная такими учеными,
как К. К. Папок, Е. Г. Семенидо, Б. В. Лосиков, Б. А. Энглин, Я. Б. Черткои.
И. В. Рожков и др. Здесь Гуреев выполнил свои первые научные работы, одном
рсменно осуществляя педагогическую деятельность в МАДИ. В 1972 г. был
приглашен в МИНХ и ГП им. И. М. Губкина и возглавил кафедру химии и тех
нологии масел и смазок. В содружестве с учеными других институтов Гурсси
разработал и внедрил ряд присадок к топливам, методы испытаний горючесма
зочных материалов, участвовал в разработке нормативно-технической доку
ментации на топлива. Огромная эрудиция и педагогический дар позволили ему
читать интереснейшие лекции и не только в вузах своей страны, но также
Румынии, Болгарии, Финляндии, Польши и других стран. Автор 19 моногра
фий, в том числе учебника по химмотологии. Заслуженный деятель науки и
техники РСФСР.
Еще одной реакцией, приводящей к образованию смол и осадков,
является окислительная поликонденсация гетероциклических соеди-
нений. Особенно склонны к ней азотистые основания, содержащие в
молекуле пиррольное кольцо. Азотсодержащие гетероциклические со-
единения в заметном количестве содержатся в остаточных нефтяных
фракциях и в продуктах их деструктивной переработки, например лег-
ком газойле каталитического крекинга. Окислительной поликонденса-
190
подвергаются и ароматические углеводороды, особенно полицик-
ские. Это приходится учитывать при производстве товарных
mi и ||ьных и реактивных топлив.
1,1ким образом, химическая стабильность топлив зависит от их сос-
I. Ниже в упрощенном виде представлены основные цепочки прев-
юпий компонентов топлив:
Парафины
Ароматические
углеводороды
Радикал ьно-
непное
окисление
Спирты
и эфиры *
Поликон-
денсация
Полиэфиры
Непредельные углеводороды
с активированной
двойной связью
Полимеризация
Полиолефины
Окислительная
поликонденсация
Полимерные продукты
сложного состава
11олимерные продукты с молекулярной массой до 500 а.е.м. остают-
। растворенными в топливе в виде легких смол. При дальнейшем уве-
ч11снии молекулярной массы начинается коагуляция смол, приводя-
н ri к образованию отдельной фазы — осадка.
Комплекс химических реакций и физических процессов, протекающих при
। целении топлив и приводящих к образованию осадков, подробно исследо-
'п Г. Ф. Большаковым.
Большаков, Геннадий Федорович (1932—1989) — выдающийся советский
нммотолог, д. т. н., член-корреспондент АН СССР. В 1955 г. окончил Военную
о |дсмию тыла и транспорта, где и работал до 1981 г. С 1981 г. возглавлял И нс-
। шут химии нефти в Томске — одно из авторитетнейших научных учреждений
нрасли. В институте под его руководством разработан ряд приборов и методов
контроля качества нефтепродуктов, создан уникальнейший банк нефтей Рос-
сии и других республик, входивших в Советский Союз. Основные направления
псятельности связаны с созданием теоретических и практических основ химии
юрюче-смазочных материалов. Разработал рекомендации по оптимальному
составу топлив для различных видов техники, исследовал процессы горения,
окисления топлив, механизм и кинетику образования в них твердой фазы при
старении. Написал ряд монографий по химмотологии, в частности по составу
нефтей и нефтепродуктов, спектроскопическим методам их исследования,
окислительным превращениям топлив.
Растворимые в топливе смолы при нагревании выделяются на дета-
лях двигателя и топливной аппаратуры в виде лаковых отложений и на-
гара. Их количество в топливе определяют, нагревая образец топлива в
потоке водяного пара или воздуха. Неотгоняемый остаток называется
фактическими смолами, то есть такими смолами, которые не образу-
ются в двигателе, а присутствуют в топливе изначально. Нормы стан-
ь
191
\ на содержание фактических смол довольно жесткие. Для бен in
м не должны превышать 10 мг/100 см3 на месте применения (пн
тоизводства их должно быть еще меньше), для реактивных топ
. — 40 мг/100 см3, для дизельных — 100 мг/100 см3. Впервые ограни
чение на содержание смол в топливе ввели, когда в состав товарищ»
бензинов начали вовлекать нестабильные продукты термического крс
кинга, а затем и других деструктивных процессов переработки нефш
Влияние концентрации фактических смол в бензине на количество ш
ложений во впускной системе карбюраторного двигателя представлспи
на рис. 88.
Основным показателем окислительной стабильности топлив явлм
ется так называемый индукционный период окисления. Для его опрс
деления образец топлива помешают в бомбу с манометром, куда пол
давлением 0,7 МПа закачивают кислород. Бомбу с образцом нагреваю!
при 100°С. Сначала никаких видимых изменений не происходит, так
как топливо сопротивляется окислению. Через некоторое время сно
собность к сопротивлению будет исчерпана и кислород начнет интеи
сивно расходоваться на окисление. Этому моменту соответствует нача-
ло падения давления в бомбе, которое и отмечают как индукционный
период окисления. На величину индукционного периода влияет состав
топлива. Легче всего окисляются олефиновые и //-парафиновые углево
дороды, труднее — ароматические и изопарафиновые. Окислительную
стабильность также увеличивают антиоксиданты, содержащиеся в тон
ливе. Отмечено, что прямогонные топлива характеризуются лучшей
окислительной стабильностью, чем соответствующие им гидроочищен
ные фракции. Был сделан вывод, что в прямогонных топливах содержа /
ся «природные» антиоксиданты, которые переходят в топливо из нефти.
Рис. 88. Влияние фактических смол,
содержащихся в бензине, на
количество отложений во впускной
системе карбюраторного двигателя
Состав природных антиоксидантом
известен плохо, но ясно, что при гид-
роочистке они удаляются и стабиль-
ность топлив снижается. Поэтому,
например, в глубоко гидроочищен-
ные реактивные топлива Т-6 и Т-8В
приходится добавлять специальные
антиокислительные присадки.
Однако, как мы говорили выше, к
радикально-цепному окислению все
превращения топлив не сводятся.
Например, при окислительной
поликонденсации ароматических уг-
леводородов и полициклических со-
единений кислорода расходуется
совсем мало, а количество смолис-
192
tax продуктов может быть очень большим. Полимеризация непре-
Ьльных соединений и вовсе не требует заметных количеств кислоро-
|п Таким образом при высоком индукционном периоде может образо-
ичм иься большое количество смол. Подобные случаи встречались на
и гике. Поэтому кроме индукционного периода для некоторых топ-
h. определяют количество смол и осадка, образующихся при непос-
|' гвенном нагревании. Такие методы, например, включены в комп-
।! ы методов квалификационной оценки автомобильных бензинов и
I Ь’ПЬНЫХ топлив.
3.2.7.	Физическая стабильность топлив
Под физической стабильностью понимают потерю массы топлива
о испарения (легкие фракции) и изменение коллоидно-химического
• и гояния, выражающееся в нарушении гомогенности топлива и появ-
1111И отдельных фаз. К проблеме физической стабильности можно от-
 in и явление «вскипания» реактивного топлива при полетах в раз-
генной атмосфере.
Гомогенность бензинов, не содержащих воды и механических приме-
и (они практически мгновенно оседают на дно), особых забот не вы-
ыиает. При использовании бензоспиртовых смесей, рассматриваемых
। iMii ниже, появляется понятие фазовой стабильности. Низшие спир-
|Г1 гганол и особенно метанол образуют с бензином гомогенные сме-
U и строго определенных условиях. Спирты очень гигроскопичны и
.в гивно поглощают влагу из воздуха. Бензометанольная смесь, содер-
+,.пцая 5% метанола, может растворить не более 0,1% мае. воды, при
больших ее концентрациях смесь расслаивается, причем объем водно-
мстанольной фазы превышает объем добавленной воды. При охлажде-
нии смесь сначала мутнеет, затем также расслаивается. Поэтому суще-
। шует минимальная температура, при которой бензометанольные сме-
। и могут использоваться на практике.
Коллоидно-химическое состояние следует учитывать уже для средне-
цистиллятных топлив, которые обычно содержат небольшие количест-
ва смолистых веществ. Кроме того, при хранении топлив и в условиях
работающего двигателя их химически нестабильные компоненты обра-
мит высокомолекулярные продукты, которые частично выделяются в
пиле осадков. Таким образом, проблема физической стабильности топ-
ит, как и отмечалось выше, тесно связана с проблемой их химической
стабильности и решается при помощи антиокислительных и стабили-
шруюших присадок. Парафины, содержащиеся в среднедистиллятных
и остаточных топливах, при понижении температуры образуют упоря-
доченную надмолекулярную структуру. Это выражается в потере теку-
чести топлива и его застывании. Улучшение низкотемпературных
13-449
193
Рис. 89. Сложная структурная
единица мазута (по 3. И. Сюняеву):
1 — ядро; 2 — сольватная
оболочка; 3 — среда
свойств дизельных ТОПЛИВ ВОЗМОЖНО
путем снижения конца их кипения
или за счет использования депрес
сорных присадок.
Физическая стабильность оста-
точных топлив полностью определя-
ется их коллоидной природой. В об-
щем случае мазуты представляют
собой более-менее устойчивые дис-
персии сложных структурных единиц
(ССЕ) в среде углеводородов
(рис. 89). ССЕ имеет ядро и сольватную оболочку. Ядра ССЕ составлс
ны ассоциатами полярных компонентов топлива: смолисто-асфальтс
новых веществ, конденсированных ароматических и гетероатомных
соединений. Они окружены сольватной оболочкой переменной толщи
ны и переменного состава, благодаря чему изолированы друг от друга
От толщины и прочности сольватных оболочек зависит стабильносп.
системы. Чем тоньше оболочка, тем больше возможности для межмоле
кулярных взаимодействий. Толщина оболочки определяется природой
ядра ССЕ, свойствами дисперсионной среды и наличием в ней ПАВ.
Сольватная оболочка формируется частицами дисперсионной среды и
находится в равновесии с нею. При изменении состава дисперсионной
среды это равновесие нарушается, вследствие чего оболочка можс!
стать толще или тоньше или вообще исчезнуть. Последнее часто наблю-
дается при разбавлении мазута более легкими фракциями. Оболочка и
них растворяется, и дисперсная фаза, составлявшая ядро, более не мо-
жет удерживаться во взвешенном состоянии. В результате наблюдается,
на первый взгляд парадоксальное, расслоение системы.
Представления о сложных структурных единицах нефтяных дисперсных сис
тем разработаны российским физико-химиком 3. И. Сюняевым.
Сюняев, Загидулла Исхакович (1928-2001) — видный специалист в области
коллоидной химии. Трудовую деятельность начал оператором установки ни
Ново-Уфимском НПЗ, затем работал в Уфимском нефтяном институте. Рас-
сматривал технологию процессов нефтепереработки с учетом представлений о
нефтяных фракциях как дисперсных системах. Будучи ректором УНИ, а затем
заведующим кафедрой РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, очень большое
внимание уделял научной работе студентов. Автор десяти монографий, в том
числе книги «Нефтяной углерод».
Межмолекулярные взаимодействия в мазутах приводят к двум пос
ледствиям. Во-первых, при длительном хранении происходит старс
ние мазутов. В процессе старения в топливе увеличивается концентра -
ция асфальтенов, которые выпадают в отдельную фазу. Кроме того!
194	I
Рис. 90. Оценка стабильности смесей
остаточных и дистиллятных топлив:
1 - зона стабильных смесей;
t — зона нестабильных смесей
происходит структурирование ма-
зутов, что выражается в постепен-
ном увеличении их динамической
вязкости, повышении температуры
застывания и снижении эффектив-
ности депрессорных присадок.
Во-вторых, при смешении мазутов
с дистиллятными фракциями воз-
можно растворение сольватных
оболочек, из-за чего коллоидная
система разрушается и выделяется
гетерогенная фаза. Стабильность
смесей дистиллятных и остаточных
топлив можно оценить по диаграм-
ме (рис. 90), зная их толуоловый и
ксилоловый эквивалент. Основное
нлияние на старение мазутов оказывают температура и контакт с
кислородом. Продолжительность хранения, естественно, также ока-
пывает влияние на осадкообразование. Чем оно больше, тем больше
цнразуется осадка. Таким образом, старение мазутов — результат соп-
ряженных процессов окисления и коагуляции их нестабильных ком-
понентов.
3.2.8.	Биологическая стабильность
Биологическая стабильность (биостойкость) требуется от топлива в
"пределенных эксплуатационных условиях. Высокие температуры и
н ежность способствуют развитию микроорганизмов — грибов и бак-
и‘рий, способных усваивать углеводороды топлив. В результате топли-
во засоряется продуктами жизнедеятельности этих микроорганизмов,
ухудшаются его фильтруемость и увеличивается коррозионная агрес-
сивность. Кроме того, ферменты клеток микроорганизмов оказывают
каталитическое действие на окисление углеводородов кислородом воз-
ила (аэробный механизм) или кислородом, высвобождающимся при
ппсстановлении сульфатов сульфатредуцирующими бактериями (анаэ-
робный механизм).
Количество видов грибов и бактерий, способных развиваться в топ-
пшах, исчисляется десятками тысяч. По влиянию на углеводороды
i-.ыличных групп они заметно различаются друг от друга, но в общем
шучае по устойчивости к микроорганизмам углеводороды располага-
ются в ряд:
ароматические > изопарафиновые > парафиновые > олефиновые.
о*	195
Жизнедеятельности микроорганизмов в топливах способстну,
влажность и повышенная температура. Поэтому биологические загр»
нения представляют особую опасность в тропических условиях. Для п
вышения биостойкости в топлива добавляют специальные присадкп,
Следует заметить, что в некоторых случаях микроорганизмы, успа
ваюшие углеводороды топлив, могут оказать и пользу. Например, о|
могут использоваться при очистке почвы от разлитых нефтепродукте)
Есть также способы биологической депарафинизации топлив и масс:
основанные на том, что парафиновые углеводороды более подвержен
биоразложению, чем ароматические и изопарафиновые.
3.2.9.	Моющие и антинагарные свойства
На высоконагретых поверхностях двигателя (камера сгорани!
впускные и выпускные клапаны) образуется нагар, на средненагреты
(гильза цилиндра, боковые стенки поршня) — лаки, на холодны
(заслонка карбюратора) — отложения. Нагарообразующие свойст
топлив тем
выше,
чем хуже их
горючесть.
Л а кообразова н ие
есть ре
зультат термических превращений топлива. Количество отложений
зависит от наличия в топливе смол, изначально содержащихся в топ
ливах или образовавшихся при их окислении. Но все перечисленные
выше явления зависят не только от качества топлива, но и качеств!)
масла. Большую роль играют и моюшие свойства топлива и масла, ш
есть способность предотвращать образование отложений. Моющее
действие может сопровождаться модификацией нагара, приводящей
к его разрушению, а также каталитическим действием на ею
выгорание. Наиболее опасно образование нагара и отложений в сле-
дующих местах (табл. 13).
Чем больше закоксовываемость форсунок, тем ниже их пропускная
способность и хуже условия создания топливовоздушной смеси.
Это, в свою очередь, приводит к повышенному расходу топлива и
выбросам токсичных продуктов неполного сгорания. В качестве ил-
люстрации можно привести результаты испытания дизельного топлива
по методике ЕСЕ-15 на двигателе с чистыми и закоксованными
форсунками. Ниже приведены концентрация токсичных компонентен
в ОГ и количество твердых частиц, образовавшихся за время испыта-
ния. Использование закоксованных форсунок увеличивало расход топ-
лива на 3-4% (табл. 14).
Склонность топлив к нагарообразованию увеличивается с повыше-
нием в них содержания термодинамически устойчивых углеводородов,
прежде всего ароматических. Нагарообразованию способствуют также
наличие в топливах смол и высокая зольность. Нагарообразующие
свойства реактивных топлив определяются высотой некоптящего пла-
196
Таблица 13
Причины и последствия образования нагаров и отложений
'hi,тли двигателя и 1 inn !пипой аппаратуры	Причина образования	Влияние на горение топлива
L шика карбюратора	Образование смол из-за	Нарушение движения заслонки
bi и и юного двигателя	низкой химической стабильности бензина	и оптимального состава топливовоздушной смеси
yt кныс клапаны	Низкая химическая	Ухудшение пусковых свойств.
Ин а гелей с	стабильность топлив и	снижение мощности двигателя.
Bpi к и- родствен и ы м	содержащихся в нем	перерасход топлива, резкое
«рыском бензина	присадок, проникновение в бензин и подгорание масла	увеличение токсичности выхлопа
Шниера сгорания	Недостаточная горючесть	Повышение требований к
bril пшового двигателя	ТОПЛИВ	де то! । а циои ной стой кости бензина, калильное зажигание, увеличение токсичности выхлопа
Камера сгорания	Нсдоста точная горючесть	Ухудшение теплообмена.
рш «елиного двигателя	ТОПЛИВ	Неполное сгорание, приводящее к повышению дым пости отработавших газов и перерасходу топлива
1 >мера сгорания	Недостаточная горючесть	Опасность закоксовывания
наивного двигателя	ТОПЛИВ	отверстий подачи вторичного воздуха и перегрев газов, подаваемых на турбину
। и иылители форсунок	Низкая химическая ста-	Снижение давления впрыска,
III юльного и	бильнос гь топлива	отклонение от оптимальных
р. активного двигателей		геометрических параметров струи топлива, подтекание топлива, появление черного дыма
Таблица 14
Влияние чистоты форсунки на выбросы токсичных веществ
1 одержание в отработавших газах	Чистые форсунки	Закоксованные форсунки
' । яеводороды	0,64	1,14
< >ксид углерода	2,23	2,96
< >ксиды азота	2,92	3,04
1нердые частицы, мг/л	0,90	1,36
мени и люминометрическим числом (чем они выше, тем склонность к
нагарообразованию меньше).
3.2.10.	Прокачиваемость
Для обеспечения нормальной работы топливной аппаратуры и
оптимального смесеобразования топливо должно обладать удовлетво-
рительной прокачиваемостью. Она характеризуется вязкостью, филь-
197
труемостью, низкотемпературными свойствами и наличием механп
ческих примесей и воды. Кроме того, подача топлива может быц.
нарушена испарением его легких фракций с образованием паровыи
пробок.
Вязкость топлив определяет необходимое усилие, с которым топлп
во может быть продавлено через систему подачи. Чем выше вязкость,
тем больше должно быть давление и больше соответствующие потерн
мощности. Увеличение вязкости с понижением температуры может
привести к перебоям работы двигателя из-за того, что давление тон
дивных насосов будет недостаточным. Таким образом, чем ниже вяз-
кость топлив, тем их прокачиваемость лучше, однако снижению вян
кости есть предел, обусловленный тем, что оно сопровождается ухуд-
шением противоизносных свойств топлива.
Низкотемпературные свойства топлив выражаются температурами
застывания, помутнения и предельной фильтруемости углеводородоп,
составляющих топливо, а также содержанием в топливах растворенной
воды. Под температурой застывания (Т.3) понимают такую температу-
ру, при которой топливо теряет подвижность. В условиях испытания
это выражается в том, что мениск топлива, налитого в пробирку, нс
сдвигается при наклоне пробирки на 45°. Застывание топлива является
следствием образования структуры между кристаллами содержащихся
в нем парафиновых углеводородов. Поэтому оно является функцией
группового углеводородного состава топлива. Температура застывания
топлива влияет на операции слива-налива и на подачу топлива из баки
в двигатель.
Застывание топлива начинается с появления легкой мути микро
кристаллов парафинов при температуре помутнения (Гп). На прокачи
ваемость топлива через трубопроводы это явление не влияет, но ухудши
ет его фильтруемость через холодный фильтр. Данный показатель нор-
мируется для дизельных топлив. Кроме того, для опенки низкотемпера-
турной фильтруемости существует специальный метод, приближенный
к эксплуатационным условиям. Он заключается в определении предель-
ной температуры фильтруемости (ПТФ), при которой топливо еще про-
качивается через фильтр в условиях испытания. Для дизельных топлив,
не содержащих депрессорных присадок, значения ПТФ и Ttl близки.
Для топлив с присадками ПТФ должна быть на 10°С ниже Тп. Специа
листы считают, что показатель ПТФ более адекватно характеризует низ-
котемпературную фильтруемость топлива.
Если топливо содержит воду, то при понижении температуры часть
ее выделяется в виде льда, который может забивать топливную аппара-
туру. При 20°С в углеводородных топливах растворяется не более 0,03%
мае. воды, но этого вполне достаточно для нарушения топливоподачи,
что не только ухудшает работу двигателя, но и может вызвать его оста-
198
иовку. По способности растворять воду углеводороды располагаются в
ряд:
ароматические > олефины > нафтены > изопарафины > парафины.
С увеличением молекулярной массы растворимость воды уменьша-
 к я. Полное обезвоживание топлива — затея безнадежная, так как оно
"t.icTpo насыщается водой при контакте с воздухом. Поэтому антиво-
|нжристаллизационные свойства топлив улучшают специальными
добавками.
Механические примеси в топливах присутствуют практически всег-
да. Большая их часть это пыль и продукты износа и коррозии контак-
тирующих с топливом материалов. В некоторых случаях топлива могут
• одержать пылевидные частицы катализаторов крекинга и других про-
цессов. Отсутствием механических примесей в топливе считают их
। оицентрацию в 0,003%. Такое топливо заливают в баки, но на самом
|ранспортном средстве оно также проходит через систему фильтров.
3.2.11.	Антикоррозионные и защитные свойства
Коррозия металлов приводит к поломке деталей двигателя, топлив-
ной и других систем, к загрязнению топлив продуктами коррозии в ви-
де механических примесей. Она может осуществляться химическим и
|дсктрохимическим путем. В первом случае процесс протекает при не-
посредственном воздействии на металлы химически активных соеди-
нений, изначально содержащихся в топливах или образующихся при
их окислении. Это агрессивные соединения серы (меркаптаны, серово-
дород, элементарная сера) и органические кислоты. Электрохимичес-
кая коррозия протекает на границе раздела фаз, где конденсируется
влага воздуха, в которой растворяются углекислый и сернистый газы
атмосферы, образуя слабый электролит. В его среде за счет реакций пе-
реноса электрона идет интенсивное окисление металла воздухом с об-
разованием оксидов и гидроксидов. В этом случае от топлива требуют-
ся защитные свойства — способность защитить металлическую поверх-
ность от ржавления.
Таким образом, с одной стороны, топлива характеризуются анти-
коррозионными свойствами (или, точнее, коррозионной агрессив-
ностью), а с другой — защитными свойствами. Коррозионные свой-
ства топлив определяются содержанием в них сероводорода и меркап-
танов, общей серы, водорастворимых кислот и щелочей (переходящих
из топлива в водную вытяжку), кислотностью (показывающей нали-
чие агрессивных соединений кислорода). Эти показатели являются
общими, нормируемыми для всех светлых топлив. Кроме того, анти-
коррозионные свойства топлив оцениваются и прямым образом — их
199
действием на металлическую пластинку, а также другими
лабораторными методами. Их суть заключается в том, что на испытуе-
мый металл в определенных условиях воздействуют образцом топлипи,
а затем измеряют потерю веса металла или площадь, пораженную кор-
розией.
Кислотность определяют титрованием навески топлива и выража-
ют количеством пошедшей на титрование щелочи в мг КОН на 100 см5
топлива. Кислотность топлив, предназначенных для авиации, не
должна превышать 0,1—0,7 мг КОН/ЮО см3. Для других топлив уста-
новлены менее жесткие нормы кислотности. Для определения содер-
жания водорастворимых кислот и щелочей из образца топлива делают
водную вытяжку и проверяют значение ее pH, которое должно быть
близко к семи.
Защитные свойства топлив определяются их способностью созда-
вать на металлических поверхностях прочную пленку, препятствую-
щую проникновению к поверхности воздуха и воды. Углеводороды
смачивают металлические поверхности хуже, чем вода. Поэтому проч-
ность защитных пленок в большой степени зависит от наличия в топ-
ливе полярных гетероатомных соединений, хорошо сорбирующихся на
поверхности. Чем их больше, тем защитные свойства топлив выше.
Прямогонные топливные фракции, содержащие некоторые количест-
ва гетероатомных соединений, характеризуются лучшими защитными
свойствами, чем гидроочищенные топлива. В последнем случае прихо-
дится вводить в топлива специальные присадки.
Коррозионная агрессивность продуктов сгорания светлых топлив
определяется исключительно содержанием в них серы, которая при
сгорании окисляется до SO2 и частично, на 1—5%, до SO3. Если темпе-
ратура, с которой продукты сгорания покидают двигатель или установ-
ку, выше точки росы, то оксиды серы уходят, не причиняя вреда двига-
телю (но нанося ущерб окружающей среде).
Простейшим способом избежать сернокислотной коррозии являет-
ся поддержание темперазуры выпускной системы выше точки росы,
В двигателях внутреннего сгорания так и получается само собой (иск-
лючения — пуск двигателя и работа на холостом ходу). Что же до
котельных установок, то это бывает невыгодным, так как связано с по-
терями тепла, которое можно бы использовать в топливо- и воздухопо-
догревателях.
В тяжелых топливах проблему представляет еше один вид корро-
зии — ванадиевая. Она заключается в том, что содержащийся в них ва-
надий образует оксиды, которые затем прилипают к стальным поверх-
ностям и окисляют железо (более подробно см. Тезаурус). Установлено,
что сернистое топливо для газовых турбин должно содержать не более
0,01%, а малосернистое — не более 0,005% ванадия.
200
Наиболее эффективным и дешевым методом борьбы с ванадиевой
мчррозией является использование присадок, изменяющих состав вана-
диевых бронз1 и повышающих температуру их плавления. На практике
ц качестве таких присадок чаще всего используют соединения магния.
3.2.12.	Совместимость с неметаллическими материалами
В двигателе используется некоторое количество неметаллических
материалов. Из полимеров изготавливают топливные баки и трубопро-
воды. Топливные системы немыслимы без герметиков. Топлива долж-
ны с ними совмещаться. Под этим понимается минимальная диффузия
НН1ЛИВ через полимеры и отсутствие разрушающего влияния на герме-
шки. Уменьшение диффузии достигается исключительно подбором
ншливостойкого материала, на что указывалось в главе 1. Влияние на
н'рметики уменьшается как подбором материала резин, так и улучше-
нием качества топлива. Последняя проблема сводится к повышению
окислительной стабильности топлива и касается главным образом топ-
чин для реактивных двигателей. Как отмечалось выше, при окислении
илеводоролов образуются свободные пероксидные радикалы и кисло-
родсодержащие соединения. Действуя на нитрильные резины и тиоко-
швые герметики, продукты окисления разрушают их таким образом,
чго герметик либо выкрашивается, либо отслаивается от поверхности,
борьба с разрушением герметиков заключается в повышении окисли-
чельной стабильности топлив.
В некоторых случаях топлива могут содержать компоненты, которые
также отрицательно влияют на герметики. Например, противоводок-
ристаллизационные жидкости типа целлозольвов в большой концен-
трации (в отстое топлива внизу бака) вызывают набухание герметика, в
результате чего он вспучивается и отслаивается от поверхности.
3.2.13.	Противоизносные свойства топлив
Ресурс и работоспособность деталей двигателя и топливной аппара-
туры, контактирующих с топливом, в большой степени зависят от его
противоизносных свойств. Повышенный износ деталей двигателя при-
водит к изменению гидродинамических характеристик узла трения и
Соответственно к нарушению режима работы, неполному сгоранию,
повышенному расходу топлива, попаданию масла в камеру сгорания
ведущему к высокому угару. Наиболее важные проблемы представлены
втабл 15.
Противоизносные свойства топлив зависят от ряда факторов, из ко-
торых важнейшими являются смазывающая способность и наличие
1 Броччзн — это нс тол I.ко сплавч>ч меди, по также исстехиомет ричсские смеси оксидов
металлов.
201
Таблица 11
Последствия износа деталей двигателя
Узел трения	Последствия износа
Плунжерные пары насосов высокого давления (дизельные и реактивные двигатели) Запорные иглы форсунок дизельного двигателя	Снижение давления подачи и протечки 1 топлива Подтекание топлива, изменение геометрия впрыскиваемой струи
Детали иилиндро-поршневой группы	Снижение компрессии, повышенный угару масла	ij
механических примесей. Последний показатель иногда в понятие прай
тивоизносных свойств топлив не включают, считая, что это вопрос HI*
химмотологии, а хорошего фильтрования. Однако на практике пренсб
регать этим не приходится.
Смазывающая способность является функцией вязкости топлив и
наличия в них ПАВ. При жидкостном трении наибольшее значешн*
имеет вязкость. Чем она выше, тем больше несущая способность плев
ки топлива, находящейся в зазоре между трущимися деталями. Поэн>
му устанавливают нижнюю границу вязкости, которая для стандартных
дизельных топлив составляет 3, а для реактивных — 1,25 мм2/с при
20°С. Однако слишком сильно увеличивать вязкость нельзя, так как
при этом затрудняется топливоподача.
В жестких условиях работы жидкостный режим трения переходи ! и
граничный, который характеризуется тем, что отдельные участки тру
щихся пар непосредственно соприкасаются друг с другом. Это припо
дит к микросхватываниям и обнажению ювенильной поверхности
В этом случае износ может быть предотвращен добавкой в топлива со-
единений с высокой поверхностной активностью, которые могут быст-
ро сорбироваться в зоне трения и образовывать прочные защитные
трибохимические пленки. В прямогонных топливах присутствуют при-
родные ПАВ с высокими противоизносными характеристиками. Это
преимущественно соединения серы и азота. Хорошие противоизнос-
ные свойства, например, отмечены у адсорбционных смол, по сути
дела представляющих собой гетерогенные ПАВ. После глубокой гид-
роочистки противоизносные свойства топлив резко падают и их прихо-
дится улучшать специальными добавками. Сначала такая проблемн
возникла при использовании реактивных топлив, а затем и дизельных.
Установлено, что при снижении содержания серы в топливе менее
0,05% требуется применение специальных присадок.
Что касается механических примесей, то стандартами нормируется
их отсутствие. В действительности это значит, что концентрация меха
нических примесей в реактивном топливе должна составлять не более
0,002%. Топливо, отобранное из баков самолета в конце полета содер
202
«и । механических примесей на порядок больше. Это объясняется по-
нинанием пыли в топливо при заправке самолетов открытым способом,
й кроме того, коррозией и износом материалов, контактирующих с
Топливом. В некоторых случаях приходится учитывать и деятельность
микроорганизмов. Что касается дизельных топлив, то их запыленность
line больше.
Особенно важны противоизносные свойства для реактивных и
in 1сльных топлив, которые подаются в двигатель плунжерными насо-
м1ми высокого давления. При увеличении зазора в сопряжении плун-
жер-втулка потери топлива из-за утечек достигают при нормальных
оборотах 35%, а при пуске двигателя — в два раза больше. При износе
форсунок уменьшается давление впрыска и изменяется геометрия
впрыскиваемой струи. Соответствен но ухудшаются процессы смесеоб-
||пюпания и горения и падает мощность двигателя.
Оценка противоизносных свойств реактивных топлив проводится
на машине трения с узлом шар-диск, а также на стенде с серийным на-
। псом-регулятором. В последнем случае тщательно отфильтрованное
юпливо с отсевом 12—16 мкм прокачивается насосом в течение 100 ч
при 120°С. После испытания замеряют износ плунжеров насоса и срав-
нивают с результатами испытаний на эталонном топливе. Смазываю-
и|.1Л способность дизельных топлив оценивается на стенде HFRR с
| 1|>ой трения «шар — пластина».
3.2.14.	Эмульгируемость топлив
Попадание воды в топлива неизбежно. Оно происходит в результа-
п- больших и малых дыханий резервуаров, путем растворения воды из
поздуха, в виде инея со стенок топливных баков и другим образом. Не-
поньшая часть воды растворяется в топливе (см. раздел 3.2.9), а осталь-
ная содержится в виде отдельной фазы. В легких топливах вода более-
менее быстро оседает на дно бака. Чем топливо тяжелее, тем легче она
опразует с ним эмульсию. На практике стойкие эмульсии образуются в
остаточных топливах, характеризующихся высокими вязкостью и
плотностью, большим содержанием смол, асфальтенов и других по-
нерхностно-активных веществ, которые выступают в качестве стабили-
заторов эмульсий. Такие эмульсии неоднородны. Некоторые их участ-
ки содержат воду в различных концентрациях. Другие могут представ-
лять собой не обратные эмульсии типа вода-в топливе, а прямые, типа
топливо-в воде. Прямые эмульсии представляют собой высоковязкие
хлопья, забивающие трубопроводы. При попадании в топку прямых
эмульсий или эмульсий с высоким содержанием воды возможен срыв
пламени. Если это останется незамеченным, то дальнейшая подача ма-
зута в топку грозит взрывом.
203
Наиболее техничным способом борьбы с этим явлением является I
могенизация смеси мазута с водой с образованием однородной xopoi
горящей эмульсии. Однако чаще воду из мазута удаляют нагреванием
50—150°С с последующим отстоем. При этом в виде шлама теряется
5% топлива. Для ускорения отстоя и уменьшения потерь топлива в нею
добавляют деэмульгирующие присадки. Они могут быть выбраны и.1
разных групп ПАВ, но чаще всего используют неионогенные ПАВ, нап-
ример оксиэтилированные кислоты, амины, фенолы.
3.2.15.	Содержание гетероатомных элементов
Под гетероатомными элементами в топливах понимают прежде
всего серу, азот и кислород, которые содержатся в так называемых
гетероорганических соединениях нефти.
Сера. В нефти содержится в среднем около 1 % серы, но в нефтях ра и
ных месторождений она распределена неравномерно. Еще в прошлом
веке из земли извлекали нефти, содержащие 0,07—0,4% серы (Апшерои,
Грозный). В настоящее время из Западной Сибири поступает нефть, со-
держащая до 2% серы, а содержание серы в поволжских нефтях еше вы-
ше и в отдельных случаях достигает 5%. Имеются основания полагать,
что содержание серы в добываемых нефтях будет постепенно увеличи-
ваться. При переработке нефти серосодержащие соединения концент-
рируются в наиболее тяжелых фракциях, так что в прямогонных бензи-
нах содержание серы составляет десятые и сотые доли процента, а в то-
почных мазутах может достигать 5%. Различают «активную» и «неак-
тивную» серу. «Активная» представлена сероводородом и меркаптана-
ми, которые проявляют агрессивность по отношению к металлическим
материалам двигателя. Их содержание в топливах требуется сводить к
нулю. «Неактивная» сера: сульфиды, тиофены и другие соединения —
проявляют агрессивность лишь после того, как сгорят до оксидов или
соответствующих кислот. Их содержание в топливах ограничивается,
хотя и не столь категорически — полное обессеривание нефтепродук-
тов обходится слишком дорого. Максимально допустимое содержание
серы в топливах обязательно нормируется стандартами и, как мы уже
неоднократно говорили, постоянно снижается.
Коррозия деталей двигателя и другой аппаратуры под воздействием
продуктов сгорания серы рассматривается в Тезаурусе. В настоящее
время содержание серы в топливах ограничивают не только из эксплу-
атационных, но и из экологических соображений. Современные техно-
логии позволяют довести содержание серы в топливах до 0,001 %. Такие
топлива были созданы и даже внедрены в некоторых странах, напри-
мер в Швеции. Но при этом оказалось, что глубокообессеренные
топлива утрачивают антиокислительные, смазывающие и антикорро-
204
•ионные свойства. В такие топлива приходится вводить соответствую-
щие присадки.
Азот. Содержание азота в нефти в среднем составляет 0,25% и редко
превышает 0,6%. Его соединения делят на три группы: основные,
нейтральные и кислые. К основным относятся анилин, пиридин,
хинолин и фенантридин с их производными. Их доля составляет
10-60% от общего содержания азотистых соединений. Кислые
представлены пирролом и его производными. Бензпиррол (индол),
шбензопиррол (карбазол) и тетрапирролы (порфирины) относятся к
нейтральным соединениям. Из нефти они попадают в топлива, вместе
< которыми сгорают до азота и его оксидов. Однако их влияние на
пыбросы NOX является существенным только в остаточных топливах
при концентрации азота, составляющей десятые доли процента.
Оксиды азота, содержащиеся в выхлопных газах двигателей внутренне-
।о сгорания, образуются в основном в результате химического связыва-
ния азота воздуха при высоких температурах горения.
Многие соединения азота снижают химическую стабильность топ-
нив, являясь причиной образования осадков и отложений. Наиболее
отрицательное влияние на стабильность топлив оказывают азотсодер-
жащие гетероциклы. В незначительных концентрациях (около 5 мг/л
тплива в пересчете на азот) они в 2—3,5 раза увеличивают образование
осадков в реактивных и дизельных топливах. Соединения азота отрав-
ляют катализаторы риформинга, поэтому в бензиновых фракциях, ис-
пользуемых в качестве сырья для этого процесса, концентрация азота
ограничивается 0,5 млн-1.
С утяжелением нефтяных фракций концентрация азота повышает-
ся, поэтому с углублением нефтепереработки его содержание в топлив-
ном сырье будет возрастать. В мазутах содержание азота достигает 0,5%.
При сгорании азот частично восстанавливается до молекулярного азо-
та, а частично превращается в оксиды. Степень окисления связанного
азота оценивается по-разному, от 20 до 50%, но в любом случае азот ос-
таточных топлив вносит заметный вклад в образование NOX. В дымовых
газах электростанций, работающих на газовом топливе, содержание ок-
сидов азота составляет 0,14—0,60, а на мазуте — 0,51—1,12% г/м3.
Кислород. В большинстве нефтей содержание кислорода составляет
0,1—1,0%, иногда достигая 3 и даже 7% мае. Основная масса кислорода
содержится в нефти в виде фенолов и карбоновых кислот, меньшая
представлена нейтральными соединениями. Последние плохо изучены
из-за трудностей их выделения. Надо заметить, что оценка общего
содержания кислорода в нефти может сопровождаться большой ошиб-
кой, так как обычно выполняется путем расчета, исходя из концентра-
ций, определенных для других элементов («по разности»). Еще боль-
шая ошибка происходит из-за того, что при контакте с воздухом топли-
205
во растворяет в себе молекулярный кислород в количестве нескольких
объемных процентов. В результате углеводороды топлива окисляются,
образуя продукты окисления. Проблемы окислительной стабильности
топлив рассмотрены в разделе 3.2.6.
3.2.16.	Безопасность топлив
Пожарооопасность топлив. Основным ее показателем является
температура вспышки (7^,) — минимальная температура, при кото-
рой пары топлива вспыхивают от открытого огня (но горение сразу за-
тухает). Для индивидуальных углеводородов Ткл линейно зависит от
температуры кипения, причем класс, к которому относится углеводо-
род, большой роли не играет (рис. 91). 7'1м.п смеси углеводородов нес-
колько выше, чем Гпсп наиболее летучего компонента, поскольку дав-
ление его насыщенных паров над смесью ниже, чем над индивидуаль-
ным соединением. Однако рассчитать 7"ВС|1 смеси, зная ее состав и ха-
рактеристики отдельных компонентов, трудно, так как этот показа-
тель не подчиняется правилу аддитивности. Существуют расчетные
методы, полезные при компьютерной обработке расчетов различных
процессов, например ректификации. Однако для конкретного неф-
тепродукта этот показатель проще определить, пользуясь стандартной
лабораторной методикой, при которой топлива медленно нагреваются
в закрытом (легкие топлива) или открытом (остаточные топлива) тиг-
ле. Отмечается минимальная температура, при которой пары топлива
О	100	200
Температура кипения, "С
Рис. 91. Зависимость между
температурами вспышки и кипения
индивидуальных углеводородов:
1 — изопентан; 2 — циклопентан;
3 — гексен-1; 4 — н-гептан; 5 —
толуол; 6 — кумол; 7 — н-декан;
8 — цис-декалин
начинают вспыхивать от открытого
пламени. Показатели, определен-
ные для одного и того же образца
разными методами, могут заметно
различаться между собой, напри-
мер, для мазутов эта разница может
достигать 30°С. Поэтому метод оп-
ределения ГВС11 всегда указывают.
У бензинов Твсп отрицательна, зная
это, ее определяют редко. У дизель-
ных топлив она нормируется в зави-
симости от условий применения:
летние топлива для дизелей общего
назначения должны иметь темпера-
туру вспышки не ниже 40°С, а для
судовых, тепловозных дизелей — не
ниже 62°С.
Жидкости, способные гореть, де-
лятся на легковоспламеняющиеся и
206
>рючие (Л ВЖ и ГЖ). Деление между теми и другими условно и осно-
H.IIIO на их температуре вспышки. Пограничным значением является
" Мпература вспышки (7^), определяемая в закрытом тигле и равная
' Г'С (в открытом — 66°С). Если Тжп ниже, продукт относится к ЛВЖ,
выше — к ГЖ. Отнесение нефтепродуктов к Л ВЖ и ГЖ формально оп-
ределяет меры техники безопасности при работе с ними.
При 7’11с|| топливо не загорается. Вспыхивает только паровоздушная
। месь, образовавшаяся над его поверхностью. Поэтому помимо 7ИСГ|,
пня топлив определяют температуры воспламенения и самовоспла-
менения (Тс). Тв — температура, при которой наблюдается устойчивое
трение топлива от открытого огня. Для ЛВЖ она примерно на 1—5°С
выше Т . Тс — температура, при которой топливо загорается при на-
девании, не контактируя с открытым источником горения. Напом-
ним, что загорается не всякая топливовоздушная смесь, а лишь такая,
к которой концентрация горючего находится в определенных пределах
(КПВ — концентрационных пределах воспламенения). Данные по по-
жаре- и взрывоопасности некоторых топлив, а также требования ГОСТ
12.1010-76 по предельно допустимой взрывоопасной концентрации
(ПДВК) их паров в воздухе представлены ниже:
Топливо	гс, "С	тпв		КПВ, % об.	ПДВК, % об.
		верхний	нижний		
Авиабензин	380-480	—4	-37	0,98-55	0,46
Автобензин	255-300	-7	-39	0,75-5,2	0,53
Дизельное зимнее	240	119	69	0,52-?	0,30
Поскольку топлива являются диэлектриками, то на их поверхности
может накапливаться статическое электричество, разряды которого
происходят в самые неподходящие моменты. Особенно это беспокоит
тех, кто работает с реактивными топливами, их заправка в баки само-
летов осуществляется с большими скоростями и, следовательно, с ин-
тенсивным трением. Поэтому контролируют удельную электрическую
проводимость топлив.
Как ни странным может показаться на первый взгляд, бензины в
этом отношении менее опасны. Это прежде всего объясняется их
высокой летучестью, при которой концентрация углеводородов в воз-
духе превышает максимальный концентрационный предел воспламе-
нения. Играет роль и довольно высокая электропроводность бензи-
нов из-за наличия больших количеств непредельных соединений,
гетероатомных компонентов, а иногда — моющих присадок, резко
снижающих диэлектрическую проницаемость топлива. Но если с
бензинами работают в закрытых помещениях, используя их в качест-
ве растворителей или промывочных жидкостей, опасность возрастает.
207
Там, где это предусмотрено технологическим процессом, оборудощВ
ние следует заземлять, а в бензины необходимо вводить антистати*
ческие присадки.
Аналогично обстоит дело и с дизельными топливами, в которым
также содержится достаточно много природных антистатиков. При
глубокой гидроочистке они могут быть удалены и пожароопасности
топлив возрастает. Сообщалось, что в США наблюдалось несколько
случаев возгорания глубокооч и щен ных дизельных и реактивных топ-
лив из-за статического электричества.	-
Электризации топлив благоприятствуют атмосферные условии
при которых электропроводность воздуха невелика: низкие темпера]
тура и влажность. Для обеспечения пожарной безопасности при пе
качке топлив с высокими скоростями (заправке самолетов, загрузки
танкеров) в топлива вводят антистатические присадки в таком количе"
стве, чтобы проводимость топлив составляла не менее 500 пСм/м, при
которой достигается эффективное рассеивание электростатических
зарядов.
Токсичность топлив. По токсичности нефтяные топлива менее
опасны, чем продукты их сгорания. Углеводороды, составляющие их
основную массу, для человека сравнительно безвредны. Наиболее ток-
сичны ароматические, затем ненасыщенные и, наконец, насыщенные
углеводороды. Особой токсичностью отличается бензол, его содержа-
ние в бензинах нормируется. В остаточных топливах содержатся значи-
тельные количества конденсированных ароматических соединений,
многие из которых канцерогенны.
Предельно-допустимые концентрации паров топлив колеблются or
100 (реактивное топливо) до 300 мг/м3 (бензин и дизельное топливо).
Содержание паров топлив в воздухе определяется их летучестью и тем-
пературой окружающей среды.
Летучие углеводороды топлив обладают наркотическим действием.
Опасные ситуации могут возникнуть в замкнутых пространствах, за-
полненных углеводородными парами. Описан случай гибели человека
после пятнадцатиминутного пребывания в емкости с концентрацией
паров топлива 0,5—1,6% об. Вдыхание паров бензина вызывает голов-
ную боль, общую слабость, сердцебиение. При длительном контакте с
парами бензина может наступить потеря сознания.
Нефть и остаточные топливные фракции содержат значительные
количества полициклических ароматических углеводородов, часть ко-
торых проявляет канцерогенную активность. Наиболее опасным из
них является бенз-а-пирен, по содержанию которого и характеризует-
ся канцерогенная опасность нефтепродуктов.
Топлива могут содержать также токсичные гетероатомные соедине-
ния, концентрация которых увеличивается с повышением температу-
208
i'i.i кипения топлив. Эти соединения представляют опасность, напри-
н-р, при разогревании мазутов в процессе топливоподготовки.
На морских судах наблюдались случаи ухудшения самочувствия эки-
пажа в результате проникновения паров нагретого топлива в жилые
помещения.
Нередко присадки, вводимые в топливо, сами обладают высокой
ижсичностью. Таковы, например, тетраэтилсвинец и ароматические
амины, используемые для повышения октанового числа автомобиль-
ных бензинов. Проблемы токсичности присадок рассматриваются в
(оответствующих разделах.
'	3.2.17. Экологические свойства топлив
Топлива способны нанести вред природе и человеку. Во-первых,
компоненты топлива попадают в окружающую среду при испарении
1ОПЛИВ, их разливах и других аварийных ситуациях. Во-вторых, токсич-
ны продукты сгорания топлив. Особенно вредны продукты неполного
и.орания. Их характеристика представлена в разделе 2.5.1.
Непосредственное загрязнение нефтепродуктами наблюдается на
местах расположения крупных нефтебаз, а также происходит при
аварийных разливах. Площадь загрязнения под нефтебазами может
исчисляться сотнями гектаров, а количество нефтепродукта зависит от
срока существования склада и иногда достигает десятков тысяч тонн.
Разлитые нефтепродукты распространяются в земле как вертикально,
гак и горизонтально, образуя конус. Размеры конуса — диаметр и вы-
сота — зависят от вязкости нефтепродукта и от свойств породы, но в
1оризонтальном направлении нефтепродукт распространяется
быстрее, чем в вертикальном.
Конус загрязнения может достичь подземных вод. В этом случае
часть нефтепродукта растворяется, а большая часть — плавает на по-
верхности воды. Миграция загрязнений с водой зависит от подвиж-
ности водного слоя и может происходить со скоростью от одного до
двухсот метров в год.
Если разлив полностью сорбирован породой, то
он все равно постепенно размывается, а частью испаряется, образуя
под землей скопления нефтепродукта и создавая угрозу населению и
природе.
С экологической точки зрения особенно нежелательно наличие в
топливе
соединений
серы
и ароматических углеводородов. Содержа-
ние серы в топливах постоянно ограничивают, а топлива с понижен-
ным содержанием серы иногда (хотя и не очень правильно) называют
экологически
чистыми
Ароматические углеводороды токсичны сами
по себе, а при их неполном сгорании образуются полициклические
ароматические углеводороды.
-449
209
3.2.18.	Другие нормируемые показатели
Зольность показывает, сколько в топливе содержится соединен
металлов, кремния и других неорганических элементов, сгораюти|
образованием твердых продуктов. Чем тяжелее топливо, тем болыи
нем зольных компонентов. Источником золы являются и металл»*
держащие присадки, вводимые в топливо. Зола входит в состав нанци
и отложений, является причиной износа деталей цилиндропоршнеивИ
группы, шунтирования свечей зажигания, увеличивает эмиссию тигр
дых частиц с отработавшими газами.
Определение зольности заключается в сжигании образца в муфель
ной печи при 800°С до образования твердого остатка. Предварителыш
из образца выпаривают летучую часть, чтобы горение остатка проходи
ло без кипения и выбросов. При прокаливании образца получаю!
смесь оксидов и сульфатов. Результат выражают в процентах к массе
исходного образца и называют обшей зольностью. Этот показатель
часто не считают удовлетворительным, поскольку масса общей золы
зависит от соотношения оксиды:сульфаты, которое, в свою очередь,
зависит от концентрации серы в топливе. Получается так, что при оди
наковом содержании зольных компонентов общая зольность в сернис
том топливе будет больше, чем в малосернистом. Поэтому остаток об-
рабатывают серной кислотой, переводя оксиды в сульфаты. В этом слу
чае получают сульфатную зольность.
Плотность нормируется не всегда, но всегда обязательно определи
ется, так как позволяет рассчитать массу топлив, отмеряемых по объе
му. Косвенным образом плотность характеризует горючесть топлин:
чем она выше, тем больше в топливе трудносгораемых углеводородов,
Поэтому для дизельных и реактивных топлив устанавливают верхний
предел плотности.
3.2.19.	Значимость нормируемых показателей
При производстве топлив, как и вообще нефтепродуктов, необходи-
мо проверять их качество. Проблемой контроля качества является вы-
бор такой системы показателей, которая, с одной стороны, адекватно
бы отражала эксплуатационные характеристики, а с другой — включала
бы методы, осуществимые в производственных условиях. По каждому
показателю определяется метод испытаний и устанавливаются нормы,
и все это входит в технические условия на продукт. Для наиболее важ-
ных продуктов технические условия утверждает государство в лице Гос-
стандарта (и тогда мы имеем ГОСТ), в других случаях достаточно согла-
сования между изготовителем продукции и основными потребителями.
Система показателей качества топлив отрабатывалась десятилетиями.
210
Таблица 16
Нормируемые показатели качества топлив
1 Показатель	Оценивается для топлива	Что показатель отражает	Нормируемое или желаемое значение
[	1	2	3	4
фракционный ин (ан	Все дистиллятные топлива	Испаряемость, способность к смесеобразованию и пусковые свойства, образование нагара и отложений, потери при хранении	Обычно ограничиваются нижний и верхний пределы перегонки, часто — промежуточные точки
|а н тсн не мимшенных Вмров	Бензины	Испаряемость, способ- ность к смесеобразова- нию и пусковые свой- ства, потери при хранении, образование паровых пробок	Ограничиваются нижний и верхний пределы
[I 1ИОТНОСТЬ < удержание ||ь1КТИЧеСКИХ  мол НИЗКОСТЬ »ипематическая	Все топлива Все вилы светлых топлив Дизельное и реактивное топлива	Косвенно отражает наличие легких или тяжелых фракций Склонност ь к образованию отложений и осадка Способность к смесеобразованию (распиливанию), смазывающие свойства	Определяется для расчетов. Иногда норми- руется верхний предел Ограничивается верхний предел Золотая середина: чем меньше вязкость, тем лучше распыливание, но хуже смазывающие свойства
Низкость Vi ковная < »к тановое число	Остаточные топлива Бензины	Способность к смесеобразованию Способность к бездетонапионному горению	Чем меньше, тем лучше Должно соот ветствовать требованиям двигателя. Более экономичные двигатели требуют более высокого октанового числа
। ортность	Авиационные бензины	Способность к бездезо- напионному горению на 6oraiой смеси	Должна соответствовать требованиям двигателя и режима его работы
1 [становое число	Дизельные топлива	Жесткость работы двигателя	Должно соответствовать характеристикам двигателя
Высота некоптя- iiiero пламени Содержание меркаптановой серы	Реактивные топлива Все виды светлых топлив	Способность к полному сгоранию Коррозионная агрес- сивность топлив и продуктов их сгорания. Эмиссия оксидов серы с продуктами сгорания	Нормируется минимальное значение Чем меньше, тем лучше
14-
211
Продолжение табл. 1в
1	2	3	4
Содержание общей серы	Все виды топлив	Коррозионная агрес- сивность продуктов сгорания топлив Эмиссия оксидов серы с продуктами сгорания	Чем меньше, тем лучше
Испытание	Все виды светлых	Коррозионная	Отсутствие видимого
на медную пластинку	топлив	агрессивность топлив	действия на поверхносн. металла
Кислотность	Все виды светлых топлив	Коррозионная агрессивность топлив	Норм и руется Bcpxi ши предел
Содержание водораство- римых кислот и щелочей	Все виды топлив	Коррозионная агресси вноси» топлив	Отсутствие
Содержание воды	Все виды топлив	Фил ьтруе мость топл и в через бумажные фильтры. Образование кристаллов льда при отрицательной температуре	Для светлых — отсут- ствие; для остаточных нормируется верхний предел
Содержание	Газозурбинные и	Коррозионная	Ограничивается
ванадия	судовые топлива	агрессивность продуктов сгорания (высокотемпературная коррозия)	максимальное содержание
Содержание механических примесей	Все виды топлив	Противоизносные свойства топлив, забивка фильтров Эмиссия твердых частиц с продуктами сгорания, образование отложений в емкостях	Для легких топлив — отсутствие. Для тяжелых — нормируется верхний предел
Зольность	Все виды топлив, кроме бензинов	Нагарообразу ющис свойства топлив. Образование отложений в емкостях. Эмиссия твердых частиц с продуктами сгорания	Не допускается наличие зольных компонентов или нормируется верхний предел
Температура	Все виды топлив.	Пожароопасность	Нормируется нижний
вспышки	кроме бензинов	ТОПЛИВ	предел
Температура	Все виды топлив,	П рокач и васмосгь	Нормируется верхний
застывания	кроме бензинов	топлив при низких температурах	предел
Температура	Дизельные	П рокач и ваем ость	Нормируется верхний
помутнения	топлива	топлив при низких температурах	предел
212
Окончание табл. 16
1	2	3	4
Индукционный триод	Бензины	Антиокислительныс свойства	Нормируется нижний предел
коксуемость	Вес виды топлив, кроме бензинов и реактивных топлив	Полнота сгорания	Нормируется верхний предел
< одержание	Авиационные	Нагарообразующис	Ограничивается
ароматических	бензины и	свойства топлив.	максимальное
члс водородов	реактивные топлива	Экологические свойства продуктов сгорания	содержание
< одержание	Реактивные то-	Нагарообразующис	Ограничивается
м.|фталиновых V1 'IC 1ЮДОрОДОВ	плива для сверх- звуковой авиации	свойства топлив	максимальное содержание
| одержание	Авиационные и	Токсичность топлив и	Ограничивается макси-
н*|раэтилсвинца	автомобильные бензины	продуктов их сгорания	мальное содержание с постепенным переходом на неэтилированиыс топлива
। одержание	Автомобильные	Токсичность топлив и	Ограничивается
(кчгзола	бензины	продуктов их сгорания	максимальное содержание
Иодное число	Все виды светлых топлив	Наличие л егкоокисля ющихся непредельных соединений	Ограничивается максимальное содержание
Удельная	Реактивные	Пожароопасность	Желательно наиболее
•лсктричсская проводимость I 	топлива	топлив	максимальное значение, но оно ограничивается, так как высокая электро- проводность искажаег показания измери- тельной аппаратуры (уровнемеров)
11пзшая теплота	Реактивные,	Дальность полета	Нормируется мини-
11 орания	печные, газотур- бинные, судовые и котельные топлива	самолета. Количество энергии, получаемой при сгорании топлив	мальное значение в реактивных топливах и определяется в осталь- пых. Чем выше, тем лучше
Многие показатели используются для оценки более, чем одного свой-
ства топлива и наоборот: одна эксплуатационная характеристика может
отражаться набором нескольких показателей. Требования стандартов и
юхнических условий на топлива были представлены в табл. IH-XIX.
Теперь, после рассмотрения основных эксплуатационных свойств топ-
лив, мы можем рассмотреть смысл нормируемых показателей качества
(табл. 16).
213
3.3.	Состав топлив
3.3.1.	Что такое «состав нефтепродукта»?
Говоря о составе топлив и нефтепродуктов вообще, имеют в виду
следующее:
а)	фракционный состав, являющийся характеристикой дистиллят-
ных нефтепродуктов и характеризующий температурные пределы, в
которых выкипает весь нефтепродукт или отдельные его части. Обыч-
но, характеризуя фракционный состав топлив, отмечают температуры
начала и конца кипения и так называемые 10, 50 и 90%-е точки, при
которых выкипает соответственно 10, 50 и 90% продукта. Для дизель-
ных и печных топлив вместо конца кипения может указываться 96%-я
точка. Фракционный состав определяется простой перегонкой продук-
та. Для того, чтобы результаты, полученные в разных лабораториях,
были одинаковы, аппаратура и условия перегонки строго нормируют-
ся. Каждый показатель фракционного состава имеет практический
смысл. Например, влияние фракционного состава бензина на его
эксплуатационные свойства рассмотрено в разделе 3.2.3.
б)	групповой углеводородный состав, характеризующий содержание о
нефтепродукте углеводородов парафиновых, нафтеновых и аромати
ческих групп. Углеводороды различных групп существенно различают-
ся между собой по вязкости, поверхностному натяжению, смазываю-
щим, низкотемпературным и другим свойствам. Поэтому знание груп-
пового состава нефтепродукта является практически необходимым.
В нефтепродуктах, особенно в тяжелых топливах и смазочных маслах моле
кулы сложны и не могут быть однозначно отнесены к какому-либо классу уг-
леводородов. Например, средняя условная молекула углеводорода, входящего п
состав мазута, может выглядеть следующим образом:
Понятие группового состава в таких случаях носит условный характер, но
практического значения не теряет. Можно заметить, что в этой молекуле содер
жится одно целое ароматическое кольцо, 2/3 (0,67) нафтенового и алкил с чис-
лом атомов углерода, равным 10. Масса ароматического кольца (С6Н3) в атомных
единицах составит 75, части нафтенового кольца (С3Н6) — 42, алкила (С|0Н2|) -
141. Отсюда легко подсчитать проценты и получить, что в данной молекуле со
держится 54,6% парафиновых цепей, 16,3% нафтеновых и 29,1% ароматических
колец. Содержание различных групп углеводородов в нефтепродукте может быть
214
определено препаративными, инструментальными и расчетным методами. Пре-
паративные методы заключаются в выделении углеводородов различных групп и
определении их количества. Так например ароматические углеводороды могут
быть выделены путем обработки концентрированной серной кислотой. Инстру-
ментальные методы основываются на хроматографии и спектроскопии. Напри-
мер, для определения содержания ароматических углеводородов в топливе обра-
1ец пропускают через колонку с активированным силикагелем, так как скорость
прохождения через силикагель углеводородов различных классов различна Из
расчетных методов наибольшее применение имеют методы расчета по анилино-
вой точке и так называемый метод n-d-ni, который требует знания показателя
преломления (и), плотности (d) и средней молекулярной массы («/) нефтепро-
цукта. Все эти методы основаны на том, что между названными выше характе-
ристиками нефтяных фракций и содержанием в них углеводородов различных
ipynn найдены зависимости, которые могут быть выражены в различных эмпи-
рических формулах или номограммах. Мы не рассматриваем подробно эти мето-
ны, так как на этот предмет имеется обширная литература, из которой нельзя не
упомянуть замечательный практикум В. И. Исагулянца и Г. М. Егоровой «Химия
нефти». — М.: Химия, 1965. — 518 с.
в)	химический состав, показывающий наличие в нефтепродукте от-
дельных соединений и элементов, важных для характеристики продук-
ia. Например, для всех видов топлив является важным наличие в них
соединений серы, причем с уточнением: сера в меркаптанах, сульфидах,
тиофенах. В бензиновых фракциях и газойлях вторичного происхожде-
ния могут содержаться диеновые углеводороды, резко снижающие их
1срмоокислительную стабильность. Наличие азотсодержащих соедине-
ний в дизельных топливах снижает их термическую стабильность.
В топливах (и маслах) могут содержаться природные поверхностно-ак-
тивные вещества, улучшающие антиокислительные, противоизносные
и антистатические свойства продукта. Наконец, в понятие химического
состава входит и наличие специально вводимых присадок.
Влияние природных ПАВ на качество нефтепродуктов (в частности, их
роль как ингибиторов окисления) подробно изучено и описано советским уче-
ным Н. И. Черножуковым.
Черножуков, Николай Иванович (1894—1971) — выдающийся специалист в
области переработки нефти и производства отдельных видов нефтепродуктов,
учсникЛ. Г. Гурвича. С 1911 г. учился в МВТУ, затем переехал в Баку, где рабо-
ст на разных предприятиях, а в 1924 г. окончил Бакинский государственный
университет. Работал в ВТИ, ЦИАТИМ, других научных организациях. Препо-
iaвал в Московском институте народного хозяйства им. Г. В. Плеханова и Мос-
ковском нефтяном институте им. И. М. Губкина, где организовал (1949)
кафедру химии и технологии масел и смазок. Работы Черножукова относятся к
химии нефти, процессам ее переработки, жидкофазному окислению углеводо-
родов, получению товарных нефтепродуктов и улучшению их качества. Перу
Черножукова принадлежит 20 монографий и учебников. Под его руководством
ыщитили диссертации более 50 человек.
215
3.3.2.	Автомобильные и авиационные бензины
Автомобильные бензины представляют собой многокомпонентную
смесь, составленную фракциями различных процессов нефтеперера-
ботки, специально синтезированными индивидуальными соединения-
ми, такими как метил-трет-бутиловый эфир, и присадками. Конкрет-
ный состав бензина определяется схемой переработки нефти и топлив-
ным балансом, сложившимся на данном предприятии, а также эксплу-
атационными, экологическими и экономическими требованиями к
продукции. В качестве примера на рис. 92 представлены суммарные
составы автомобильных бензинов России и США в 1990-х годах.
Авиационные бензины имеют сравнительно простой состав. Базовым
сырьем для их производства в большинстве случаев является бензин
каталитического риформинга. Используется и бензин каталитического
крекинга, но он считается менее желательным компонентом. В качест-
ве высокооктановых компонентов в бензин добавляют алкилат, техни-
ческий изооктан, алкилбензопы и толуол. Содержание ароматических
углеводородов в авиационном бензине ограниченно, поэтому алкил
бензолы и толуол в товарные топлива вводят в количестве не более
20%. Алкилат и изооктан могут использоваться в любом количестве, по
обычно по экономическим соображениям их вводят не более 40%.
При подборе компонентов бензина в первую очередь учитываю!
их антидетонационные свойства и летучесть, выраженную давлением
насыщенных паров. Кроме того, должны быть обеспечены антиокис-
лительные, антинагарные и другие свойства. В табл. 17 дана характе-
ристика основных компонентов, используемых при производстве
бензинов.
Поскольку нефтяные фракции представляют собой смесь углеводо-
родов различных классов, охарактеризуем отдельные углеводороды с
точки зрения их использования в качестве компонентов бензинов.
Парафины нормального строения характеризуются невысокими ап-
тидетонационными свойствами, хорошей химической стабильностью.
Рис. 92. Компонентный состав автомобильных бензинов: Россия (а), США,
реформулированный (б); 1,2,3,4,5,6,7 — бензиновые фракции риформинга,
алкилата, прямогонные, каталитического крекинга, оксигенаты, бутан и
фр. С5, прочие, соответственно
216
••jq-nn	Таблица 17
ilt. Характеристика основных компонентов, используемых
при производстве бензинов
Компоненты	Достоинства	Недостатки
11рямогонные нефтяные фракции 1-vraH, фракция С5 Фракции каталитического । рскинга Мстил-жрети-бутиловый 1фир 1’ракции термического > рскинга '1’ракции риформинга \1килат 11 юмеризат Олигомеры олефинов Аикилбензол	Хорошая химическая стабильность. Возможность регулировки фракционного состава Хорошие антидстонаиионн ые свойства; отсутствие серы и ароматических углеводородов Хорошие антидстонаиион ные свойства Хорош ие антидетон анион ные свойства; отсутствие серы и ароматических углеводородов Расширение сырьевой базы Хорошие антидстонаиион ные свойства Хорошие антидстонаиионные свойства; практическое отсут- ствие серы и ароматических углеводородов Хорошие антидстонаиион ные свойства. Низкая чу вств ител ьн ость Утилизация олефин содержа- щих газов нефтепереработки; практическое отсутствие серы и ароматических углеводородов Хорошие антидстонаиионные свойства	Плохие антидетонациоиные свойства Высокие летучесть и давление насыщенных паров Высокая концентрация ароматических и олефи- новых углеводородов Низкая температура кипения, загрязнение водоемов Низкая химическая стабильность Высокая концентрация ароматических углеводородов Высокая стоимость Высокое давление насыщенных паров. Высокая стоимость Высокая чувствительность (разница между значениями октановых чисел, определенных разными методами) Высокое содержание ароматических углеводородов
(' уменьшением молекулярной массы парафинов их октановые числа
растут, однако увеличивается и их летучесть. Нормальные и малоразве-
Iпленные парафины присутствуют в большом количестве в прямогон-
ных нефтяных фракциях.
Изопарафины, в отличие от нормальных парафинов, характеризуют-
ся высокими октановыми числами, причем их чувствительность очень
невысока, что является большим достоинством. Разница между значе-
ниями октановых чисел изопарафинов, определенных моторным и ис-
следовательским методами, не превышает двух единиц. Изопарафины
специально получают в процессах алкилирования и изомеризации.
217
Олефины содержатся во фракциях деструктивных процессов пере-
работки нефти. Их высокая химическая активность является причиной
пониженной химической стабильности содержащих их фракций и уси-
ленного нагарообразования. Поэтому содержание олефинов в бензи-
нах ограничивается 25%. Следует отметить, что олефины с одной двой-
ной связью или изолированными двойными связями довольно
стабильны. Если же двойная связь активирована сопряжением с други-
ми непредельными связями (это наблюдается в диенах, стироле), то
стабильность таких соединений крайне низка. Олефины с активиро-
ванными двойными связями в заметных количествах содержатся в бен-
зинах пиролиза. Октановые числа олефинов несколько выше, чем
октановые числа соответствующих парафинов. Однако, олефины обла-
дают высокой чувствительностью, достигающей 20 ед.
Ароматические углеводороды (АУ) характеризуются высокими значе-
ниями ОЧ, благодаря чему их вовлекают в автомобильные бензины н
большом количестве. Основными источниками АУ являются фракции
риформинга и каталитического крекинга. Окислительная стабиль-
ность АУ высока. Их наличие в бензине способствует повышению пе-
риода индукции. Вместе с тем АУ горят хуже и являются причиной на-
гарообразования в двигателе. В качестве примера на рис. 93 представ-
лено влияние некоторых ароматических углеводородов на образование
нагара при испытаниях модельного бензина на лабораторной стендо-
вой установке. Чем больше АУ и
топливе, тем больше образуется
канцерогенных полициклических
ароматических углеводородов
(ПАУ). Российские нормы квали-
фикационной оценки ограничива-
ют концентрацию АУ в бензинах
пока на уровне 55%. Особо следуй
остановиться на бензоле. Он содер-
жится в легких фракциях крекинга и
других деструктивных процессов, и
содержание его в этих фракциях мо
жет достигать 10 и более процентом
Бензол канцерогенен сам и является
предшественником ПАУ, в частное
ти крайне канцерогенного бенз-о
пирена. Поэтому содержание бензо
ла в бензинах ограничивают. В Рос
сии современные ограничения сое
тавляют 5%, в перспективных зару
бежных топливах — 1%. В США oi
Рис. 93. Влияние добавки
ароматических углеводородов к
модельному бензину на нагаро-
образование: 1 - этилбензол; 2 -
о-ксилол; 3 - вторбутилбензол.
(Шифрин Г Г и др. И Нефтепере-
работка и нефтехимия. - 1983. -
218
раничивают и содержание ксилолов — углеводородов, активно участ-
вующих в образовании смога.
Прямогонные бензиновые фракции получают в процессе атмосферной
разгонки нефти. Их октановые числа невысоки и зависят от темпера-
турных пределов перегонки. Они редко превышают 70 ед. по моторно-
му методу или 75 — по исследовательскому методу. Чем ниже темпера-
iypw выкипания фракций, тем выше значения ОЧ. Например, легкая
прямогонная бензиновая фракция, выкипающая до 60°С, будет харак-
теризоваться октановым числом (м.м.), равным 70—72 ед., а из той же
нефти, выкипающая до 200°С — октановым числом 40—45 ед. Из-за
плохих антидетонационных свойств прямогонные фракции использу-
|<>гся в составе бензинов в небольшой степени.
Фракции термического крекинга использовались в первой половине
XX столетия с целью расширения сырьевой базы бензинов. Их октано-
вые числа были ненамного выше, чем у прямогонных фракций, а хими-
ческая стабильность была гораздо хуже вследствие большого количества
непредельных соединений. В настоящее время бензины термокрекинга
иля производства товарных бензинов практически не используются.
Бутан и фракция С5 используются в качестве высокооктановых ком-
понентов. Кроме того, они улучшают пусковые свойства бензинов в
шмний период. Однако из-за высокого давления их насыщенных па-
ров рекомендуется не вводить бутан в состав бензина, а концентрацию
углеводородов фракции С5 сокращать максимальным образом.
Фракции каталитического крекинга в настоящее время относятся к
Основным компонентам бензинов. Они характеризуются довольно вы-
соким октановым числом (72—80 ед. по моторному методу и 83—92 по
Исследовательскому). Их недостатком является высокая концентрация
ароматических углеводородов, которая во фракциях каталитического
Крекинга с псевдоожиженным слоем (установки типа Г-43-107) может
постигать 50%. Поэтому концентрацию этих фракций в товарном бен-
шне приходится ограничивать так, чтобы содержание ароматических
углеводородов в топливе не превышало максимально допустимых 55%.
Бензиновые фракции риформинга. Риформинг, процесс ароматизации
нефтепродуктов, на многих заводах используется специально для вы-
работки высокооктановых компонентов бензинов. В зависимости от
режима октановые числа бензинов риформинга могут достигать
.0—85 ед. (м.м.) и 90—95 ед. (и.м.). Высокое содержание ароматических
। певодородов в бензине риформинга заставляет ограничивать его ис-
пользование в товарных топливах.
Алкилат, продукт алкилирования парафинов олефинами (изобута-
II.। изобутиленом), фактически представляет собой смесь изопарафи-
нов. Это идеальное сырье для выработки бензинов, характеризующееся
Гсокими значениями октановых чисел (90—94 ед.), низкой чувстви-
t	219
тельностью (разница между ОЧМ и ОЧИ не превышает 1—2 ед.), отлич-
ной химической стабильностью. Объемы производства алкилата срав-
нительно невелики, так как процесс алкилирования сравнительно
дорог и труден. Большую часть производимого алкилата вовлекают н
авиационные бензины.
Алкилбензолы — продукты алкилирования бензола (точнее, бензол-
содержащих фракций) легкими олефинами. Это техническое решение
позволяет, с одной стороны, снизить концентрацию бензола в топливе,
а с другой — использовать фракции пропиленов и бутиленов, получае-
мых при каталитическом крекинге и в других процессах. При этом
количество высокооктанового сырья, пригодного для производствн
бензинов, увеличивается на 20—30%. Октановые числа алкилбензолои
составляют 80—85 ед. (м.м.) и 85—90 ед. (и.м.). Алкилбензольные фрак-
ции содержат сравнительно мало серы, имеют хороший фракционный
состав. Однако, поскольку они являются ароматическими углеводоро-
дами, их содержание в бензине ограничивается.
Изомеризат является весьма желательным компонентом бензинов и
получается в результате специального процесса изомеризации. Ею
смысл заключается в том, что при действии агентов кислотного характе-
ра на парафины получается равновесная смесь, содержащая нормальные
и разветвленные углеводороды. Изомеризации подвергают бензиновые
и легкие среднедистиллятные фракции. Выход продуктов в процессе
составляет 98-99%. Октановые числа (и.м.) изомеризатов фракции
колеблются в пределах 88—92, фракции С6 — 84—92. Высокие октановые
числа смешения изопарафинов, отсутствие ароматических углеводоро-
дов делают изомеризаты хорошим сырьем для автобензинов. К недостат-
кам относится довольно высокое давление насыщенных паров, которое
для изопентановой фракции, например, составляет 134 кПа.
Олигомеры олефинов. На заводах, имеющих избыток пропилена и бу-
тиленов, можно подвергать их ди- и тримеризации. Получаемый про*
дукт является неплохим компонентов бензинов, характеризующимся
довольно высокими значениями октанового числа и низкой лету*
честью. Высокое содержание олефинов не позволяет использовать
олигомеры в большом количестве, но обычно в топливном балансе за-
вода их количество не превышает нескольких процентов.
Фракции пиролиза и замедленного коксования. Пиролиз и коксова-
ние — процессы, не предназначенные для выработки компонентой
бензинов.
Бензиновые фракции
получаются в них в небольшом
коли*
честве в качестве сопутствующих продуктов. Вовлечение их в товарнс
топливо нежелательно и оправдывается лишь необходимостью их ут
лизации. Они характеризуются крайне низкой химической стабил
ностью, плохим запахом и цветом. ОЧ бензина пиролиза благода,
наличию большого количества олефиновых и ароматических углевод
220
 <>дов, высоки и достигают 85 (м. м.) и 99 ед. (и. м.). ОЧ бензина коксо-
вания примерно на 20 ед. ниже.
Бензины гидрокрекинга содержат много изопарафиновых и нафтено-
вых углеводородов. Благодаря этому их ОЧМ и ОЧИ близки и достига-
ют 85 ед. Эти продукты содержат мало серы, непредельных углеводоро-
дов и характеризуются высокой химической стабильностью. Считается,
что фракцию, выкипающую до 85°С, лучше направлять на выработку
вспзина, а более тяжелую у- на риформинг.
Оксигенаты — собирательное название кислородсодержащих ком-
понентов топлив: спиртов и простых эфиров, принятое в нефтеперера-
ботке. Они привлекательны высокими значениями октановых чисел, а
ыкже возможностью использования ненефтяного сырья, что расширя-
ет сырьевую базу топлив. В качестве добавок к бензину могут исполь-
юваться метанол, этанол и высшие спирты, а также эфиры: метилтрет-
бугиловый (МТБЭ), диизопропиловый (ДИПЭ), метилтретамиловый
(МТАЭ, иногда — ТАМЭ) и др. Иногда используют техническую смесь
|ретбутилового спирта и МТБЭ, называемую фэтеролом.
Метанол в качестве компонента бензинов почти не используют. Он
шгроскопичен, и бензометанольные смеси расслаиваются при ма-
чсйшем попадании в них влаги. Препятствием является и высокая ток-
< нчность метанола. Этиловый спирт — более желательный компонент.
I ю используют в странах, располагающих большими растительными
ресурсами. Например, в Бразилии применяют газохол — бензин, содер-
жащий до 20% этанола. Более широко применяют эфиры, прежде все-
го МТБЭ. Его вырабатывают, алкилируя метанолом изобутилен, полу-
чающийся в различных нефтехимических процессах.
Общим недостатком оксигенатов является их сравнительно невысо-
кая теплотворная способность. Это вынуждает увеличивать объем топ-
пивных баков или мириться с уменьшением запаса хода автомобиля.
Кроме того, необходимость перекачивать больший объем жидкости
создает дополнительную нагрузку на топливный насос. На практике
установлено, что максимальное количество вовлекаемых в бензин ок-
сигенатов должно быть таким, чтобы концентрация кислорода в нем не
превышала 2,7%. В этом случае заметной потери мощностных свойств
двигателя не наблюдается.
Оксигенированные фракции. Оксигенаты не обязательно использо-
вать в чистом виде. На заводах с целью утилизации олефиновых фрак-
ций С4 и С5 их обрабатывают метанолом в присутствии катализаторов
и получают смеси соответствующих эфиров. Их октановые числа на
8-10 ед. выше, чем взятых на метилирование олефиновых фракций.
Присадки. При производстве автомобильных бензинов в их состав
при необходимости вводят антидетонаторы, антиоксиданты и иног-
да — моющие присадки. Присадки другого назначения рекомендуется
221
вводить в топлива на месте применения. Состав и ассортимент приса-
док подробно рассмотрены в разделе 3.3.7.
Реформулированный бензин. Концепция реформулированного бензина раз-
работана Агентством охраны окружающей среды США с целью уменьшения
влияния бензинов и продуктов их сгорания на образование озона. Выполнение
концепции было стадийным. На первой стадии действовала так называемая
простая модель, на второй — сложная. По простой модели расчет эмиссии
вредных веществ осуществлялся по пяти параметрам: давлению насыщенных
паров, содержанию серы, бензола и показателям фракционного состава: коли-
честву бензина, перегоняющегося при 93 и 149°С. В качестве уровня сравне-
ния, по отношению к которому следовало снижать выбросы вредных вещестп,
в течение первых трех лет (до 1998 г.) заводам и экспортерам бензина в США
было предоставлено право использовать собственный уровень 1990 г. Сложная
модель предусматривает снижение расчетной эмиссии вредных веществ по
сравнению со строго установленным средним уровнем 1990 г. Несмотря на то
что сложная модель выставляет более жесткие требования к токсичности про-
дуктов сгорания, она дает изготовителям больше возможностей маневра. Она
устанавливает требования к экологическим характеристикам бензина и про-
дуктам его сгорания в целом. Завод, исходя из своих возможностей сам решает,
как достичь этих параметров.
3.3.3.	Дизельные топлива
Дизельные топлива в качестве базовых компонентов содержат пря-
могонные среднедистиллятные фракции. С целью расширения сырье-
вой базы в них вводят легкий газойль каталитического крекинга и
фракции других вторичных процессов. Поскольку прямогонные и вто-
ричные дизельные фракции содержат сравнительно много (около 1%)
серы, их подвергают гидроочистке.
Нормальные парафиновые углеводороды характеризуются хорошей
самовоспламеняемостью. Их цетановые числа достигают 100 ед. и тем
выше, чем выше молекулярная масса углеводородов. Недостатком
«-парафинов являются плохие низкотемпературные свойства и низкая
растворимость в углеводородах других классов. Это приводит к тому,
что при пониженных температурах «-парафины выпадают из топлива в
виде мелких кристаллов, которые растут и объединяются друг с другом,
образуя в конечном счете малоподвижную структуру. В результате ухуд-
шается прокачиваемость топлива через трубопроводы и фильтры и н
конечном счете топливо застывает.
Изопарафиновые углеводороды характеризуются хорошими низко
температурными свойствами, но плохой самовоспламеняемостью. Чем
больше разветвленность молекулы углеводорода, тем ниже его ЦЧ.
Нафтеновые углеводороды по самовоспламеняемости находятся
между «-парафиновыми и ароматическими углеводородами. Они отлн
222
чаются хорошими окислительной и термической стабильностью, низ-
котемпературными свойствами.
Ароматические углеводороды имеют очень низкие цетановые числа.
Кроме того, они способствуют повышенному нагарообразованию в ка-
мере сгорания и увеличению эмиссии полициклических ароматических
углеводородов. Поэтому они — нежелательные компоненты дизельных
юплив, несмотря на отличные низкотемпературные свойства.
Гетероатомные соединения дизельных топлив представлены преиму-
щественно соединениями серы: сульфидами, дисульфидами, тиофена-
ми и их производными. Наличие серы в топливе считается недостат-
|.ом, так как приводит к образованию химически агрессивных и ток-
। ичных оксидов серы. Поэтому дизельные топлива подвергают гидро-
очистке, доводя концентрацию серы до требуемых норм: 0,2, 0,05% и
ыже еще ниже. Однако быстро выяснилось, что с водой выплескивают
л ребенка: антиокислительные и противоизносные свойства глубоко
ц|дроочищенных топлив резко ухудшались. Возникший недостаток
\| граня ют при помощи соответствующих присадок.
Прямогонные фракции составляют основу дизельных топлив. Они от-
шчаются хорошей самовоспламеняемостью. Их низкотемпературные
< пойства и содержание серы зависят от характеристик исходной нефти
и часто требуют улучшения. Для удаления серы используют гидроочи-
стку. Часто гидроочистке подвергают прямогонные фракции в смеси с
продуктами деструктивной переработки нефти. Топливный баланс на
тиоде может сложиться таким образом, что в состав дизельных топлив
инодят среднедистиллятные фракции других процессов, главным обра-
|<1М каталитического крекинга.
Фракции каталитического крекинга характеризуются повышенным
। одержанием ароматических и непредельных углеводородов. Поэтому
их термическая стабильность не особенно высока. Содержание серы
1иписит от схемы крекинга: если сырье, направляемое на крекинг, про-
'одит предварительную гидроочистку, то оно невысоко. В противном
 чучае оно может составлять 1% и более.
Фракции гидрокрекинга характеризуются неплохими низкотемпера-
орными свойствами, цетановыми числами и низким содержанием се-
ры. Они отличаются хорошей химической и термической стабиль-
ностью. Их можно считать желанным компонентом дизельных топлив,
 ыпако более целесообразно их использовать при производстве реак-
1ПВНЫХ топлив.
Присадки. Наиболее массовые присадки, используемые при произ-
подстве дизельных топлив, предназначены для улучшения их низко-
н‘мпературных свойств. Их называют депрессорами. Введение таких
присадок в товарное топливо в концентрации 0,02—0,05% снижает их
к-мпературу застывания, Т3, на 25—30°С. Однако более важно, чтобы
49
223
депрессоры снижали температуру прохождения топлива через холод-
ный фильтр — предельную температуру фильтруемости, ПТФ. Некото-
рые депрессоры (например, на основе сополимеров этилена с винила-
цетатом) эффективно снижают и Т3, и ПТФ топлив. Другие (полиакри-
латы) влияют только на Т3, и возможности их использования в дизель-
ных топливах ограничены.
Для обеспечения требуемого цетанового числа в дизельные топлива
вводят промоторы воспламенения. Большинство присадок этого типа
содержит алкилнитраты, например октилнитрат или циклогексилнит-
рат. На заводах России топливный баланс складывается таким образом,
что цетановые числа дизельных фракций и без того высоки. Поэтому
промоторы воспламенения в отечественной нефтепереработке практи-
чески не используются. Потребность в них возникает при использова-
нии сырья с низким ЦЧ, например при введении в топливо больших
количеств фракций каталитического крекинга, спиртов и т. д.
3.3.4.	Реактивные топлива
Реактивные топлива должны обеспечивать надежную работу двигате-
ля, в котором процесс горения топлива протекает не периодически, а
непрерывно. Воспламенение от постороннего источника здесь использу-
ется лишь вначале, а затем процесс горения должен поддерживать сам се-
бя. Самым опасным при этом является срыв пламени. Чтобы этого не
произошло, скорость горения топлива должна быть в 1,5—2,0 раза выше,
чем скорость подачи воздуха. Таким образом, топливо должно достаточ-
но легко испаряться и хорошо сгорать. Этим требованиям вроде бы удов-
летворяют бензины. Однако они слишком легки и их объемная тепло-
творная способность мала. При ограниченном объеме топливных баков
это очень важно. Оптимальной является золотая середина: фракции, за-
хватывающие тяжелую часть бензинов и легкую часть дизельных топлив,
К топливам, предназначенным для дозвуковой и сверхзвуковой ави-
ации, предъявляются различные требования, определяемые принципи-
ально разными условиями эксплуатации. В дозвуковых самолетах объем
топливных баков не особенно лимитирован, поэтому плотность топлив
не играет такой важной роли, как в сверхзвуковых самолетах. Плотность
основного реактивного топлива для дозвуковой авиации ТС-1 должны
быть не менее 775 кг/м3. В дозвуковых самолетах топливо во время поле
та сильно охлаждается. Температура воздуха за бортом на высоте 9—10 км
составляет около — 50°С. Топливные баки в зависимости от места расно
ложения и конструкции самолета охлаждаются до —35...—45°С. В сверх
звуковых самолетах, напротив, топливо в баках нагревается за счет аэро
динамического разогрева до 150—200°С. Холодным оно бывает тольке
при заправке и наборе высоты. Таким образом, от реактивных топлин, <
224
одной стороны, требуются отличные низкотемпературные свойства, с
другой — высокая термическая стабильность. Последняя, как мы отме-
чали, определяется количеством осадка и смолистых отложений, образу-
ющихся при нагревании. Осадки и смолы ухудшают прокачиваемость
топлива, что грозит нарушением его подачи в двигатель. Требуемый уро-
вень низкотемпературных свойств достигается одним способом: сниже-
нием температуры конца кипения. Что касается термоокислительной
стабильности, тут вопрос сложнее. Она может быть повышена за счет
удаления из топлив гетероатомных соединений путем гидроочистки.
Однако многие из них являются природными антиоксидантами. Полу-
чается так, что снижая смоло- и осадкообразование, мы способствуем
окислению углеводородов, при котором образуются гидропероксиды и
кислотные соединения. Они хорошо растворимы в топливе, но разруша-
ют герметики и вызывают коррозию конструкционных материалов. Ан-
пюкислительные свойства гидроочищенных реактивных топлив улуч-
шают антиоксидантами, например ионолом. Удаление гетероатомных
соединений ухудшает и противоизносные свойства топлив. Поэтому,
кроме антиоксидантов, в них вводят и противоизносные присадки.
В России с этой целью используются дистиллированные нафтеновые
кислоты (присадка «ДНК», ранее — присадка «К»).
Рассмотрим влияние отдельных классов углеводородов и фракций
нефтепереработки на свойства реактивных топлив.
н-Парафиновые углеводороды хорошо горят и характеризуются вы-
сокой термоокислительной стабильностью. Однако они ухудшают
низкотемпературные свойства топлив.
Нафтеновые углеводороды являются наиболее желательными ком-
понентами реактивных топлив. Они также хорошо горят, как и парафи-
ны, но имеют более высокую плотность и лучшие низкотемпературные
свойства. В отличие от ароматических углеводородов нафтены не обра-
зуют нагаров на деталях двигателя.
Ароматические углеводороды характеризуются более высокой плот-
ностью и соответственно более высокой объемной теплотой сгорания,
чем парафины и нафтены. Другим достоинством ароматических угле-
водородов являются отличные низкотемпературные свойства. Однако
они являются основной причиной нагарообразования. Поэтому их со-
держание в реактивных топливах приходится ограничивать. Влияние
концентрации ароматических углеводородов в топливе на нагарообра-
Зование представлено на рис. 94. Кроме того, ароматические углеводо-
роды гигроскопичны. Это, в частности, приводит к ухудшению фильт-
руемости содержащих их топлив.
Особо ограничивается содержание бициклических ароматических
углеводородов — нафталинов. Они вызывают наиболее интенсивное
образование нагара.
1В - 449
225
Концентрация ароматических
углеводородов, %
Рис. 94. Влияние концентрации
ароматических углеводородов в
реактивном топливе на
нагарообразование (Серегин Е. П.
и др. И Химия и технол. топлив и
масел. - 1980. - №11. - С. 43-45)
Соединения серы представлены
сульфидами и тиофенами. Их содер-
жание ограничивают на уровне
0,05—0,1% (сверхзвуковая авиация) и
0,1—0,2% (дозвуковая авиация).
Меркаптаны и сероводород как аг-
рессивные агенты подлежат полному
удалению.
Соединения кислорода: фенолы,
нафтеновые кислоты, их мыла пол-
ностью удаляют путем защелачива-
ния и водной промывки.
Как и в случае дизельных топлив,
удаление гетероатомных соединений
из реактивных топлив приводит к по-
тере противоизносных и антиокисли-
тельных свойств. Это приходится
исправлять соответствующими при-
садками.
Прямогонные фракции являются основными компонентами реак-
тивных топлив. Обычно их подвергают гидроочистке или демеркапта-
низации.
Денормализат — продукт депарафинизации фракции 200—300°С,
подвергнутой предварительной гидроочистке. Он характеризуется от-
личными низкотемпературными свойствами, хорошей термоокисли-
тельной стабильностью и довольно высокой плотностью
(815—835 кг/м3). Однако в денормализате содержится до 30% аромати-
ческих углеводородов, в том числе до 4% нафталинов. Поэтому его
количество в топливе ограничивают на уровне 20%.
3.3.5.	Топлива для газовых турбин
Газовые турбины называют всеядными, так как они могут использо-
вать разные виды топлива — от природного газа до нефтяных остатков.
Но на практике использование дешевых остаточных топлив затрудне-
но из-за необходимости сложной топливоподготовки. Поэтому газо-
турбинное топливо изготавливают, смешивая прямогонные и вторич-
ные дистиллятные фракции, выкипающие в пределах 180—420сС.
Прямогонные нефтяные фракции хорошо горят и отличаются высо-
кой химической и термической стабильностью. Они также характери-
зуются сравнительно невысокой зольностью, содержанием металлов и
гетероатомов. Их недостатком являются плохие низкотемпературные
свойства (Т3 < 5°С).
226
Вторичные фракции вводят в газотурбинное топливо с целью рас-
ширения сырьевой базы. Обычно это продукты термического и ката-
литического крекинга и коксования. Их химическая стабильность
невысока. Более существенным недостатком является повышенное
одержание серы и ванадия.
Серосодержащие соединения при сгорании образуют оксиды серы, но
шасности сернокислотной коррозии при этом нет, так как температу-
ра отработавших газов в газовой турбине очень высока и кислоты не
г онденсируются на металлических поверхностях. Однако сера нежела-
нна из-за экологических соображений.
Соединения ванадия в нефтяных фракциях представлены в виде пор-
риринов. Их содержание в пересчете на ванадий во фракциях, идущих
на изготовление газотурбинного топлива, составляет примерно
0,1—0,5 млн-1, причем в прямогонных фракциях оно выше, чем во
вторичных. Это может показаться странным, поскольку вторичные
фракции получают деструкцией тяжелых остатков, в которых ванадий
концентрируется. Однако во вторичных процессах при каталитичес-
кой переработке ванадий остается на катализаторе. Соединения вана-
дия являются причиной высокотемпературной ванадиевой коррозии,
поэтому содержание ванадия в газотурбинном топливе ограничивают
на уровне 2-4 млн-1.
3.3.6.	Котельные топлива
Котельные топлива представляют собой смеси остатков различных
процессов переработки нефти. Они составлены высокомолекуляр-
ными углеводородами, смолисто-асфальтеновыми веществами (САВ),
гетероатомными соединениями и соединениями металлов, изначально
содержавшихся в нефти и сконцентрировавшихся в остатках ее перера-
ботки. О групповом углеводородном составе остаточных топлив можно
говорить лишь условно, поскольку молекулы углеводородов сложны и
в общем случае содержат фрагменты всех типов углеводородов.
Смолисто-асфальтеновые вещества, содержащиеся в тяжелых нефтя-
ных фракциях, подразделяют на мальтены, асфальтены, карбены и кар-
боиды. Мальтены представляют собой смесь смол и масляных фракций
нефти. Адсорбцией на силикагеле из них могут быть выделены непос-
редственно смолы. Это смесь высокомолекулярных углеводородов и
гетероатомных соединений с молекулярной массой, обычно не превы-
шающей 1000 а.е.м. Концентрация гетероатомов в смолах составляет:
кислорода — 1—7, серы — 0,5—8,0, азота — 0,5—3,0%. Асфальтены —
продукты уплотнения смол без дос тупа воздуха. Это аморфные порош-
ки, которые при 300°С разлагаются с образованием газа и большого ко-
личества кокса. Их средняя молекулярная масса колеблется в пределах
15*
227
от 1600 до 6000 а.е.м. (среднечисловая, определенная криоскопией
нафталине) или 8000—10000 (среднемассовая). Соотношение межд
смолами и асфальтенами в прямогонных остатках составляет 2-9:1, а
крекинг-остатках — 1—2:1. Асфальтены растворимы в большинстве ор
ганических растворителей, чем они отличаются от карбенов и карбои
дов. Смолы и асфальтены связаны между собой не только генетически
Замечено, что они образуют между собой ассоциаты, являющие собой
дисперсную фазу нефтепродукта и определяющие его некоторые физи
ко-химические характеристики. Взаимодействие между смолами и
асфальтенами сильнее, чем между только смолами или только асфаль
тенами. Молекулярная масса таких совместных комплексов может сос
тавлять 50000—100000. Наиболее успешное образование ассоциатом
наблюдается при определенных мольных соотношениях между асфаль-
тенами и смолами, например равном 0,25. Концентрация гетероатомон
в асфальтенах составляет в %: кислорода — до 8, серы — до 9, азота
до 3, металлов — до 0,15. Асфальтены и продукты их превращений пос-
ле деасфальтизации остаются в остатке — битуме и в масла не попада-
ют. Карбены и карбоиды обычно образуются в процессах деструктивной
переработки нефти как продукты уплотнения асфальтенов.
Для анализа мальтенов, асфальтенов, карбенов и карбоидов используют лак
называемый сольватный способ Ричардсона, основанный на их различной
растворимости:
Тип продукта	Растворимость в	Нерастворимость в	1
М альтены Асфальтены Карбены Карбоиды	Н изкомолекулярных углеводородах С5-С8 (изооктан, петролейный эфир) Бензоле, толуоле, СС14 Сероуглероде, хинолине	Н изкомолекуляр/ / ых углеводородах С5-С8 (изооктан, петролейный эфир) Бензоле, толуоле, СС14 Сероуглероде, хинолине	
Из за наличия САВ мазуты представляют собой сложные коллоин
ные структуры. Это ухудшает их диспергирование при впрыске черо
форсунки в топку котла. Для улучшения сгорания в состав топочных
мазутов иногда вводят диспергирующие присадки.
3.3.7.	Альтернативные топлива
Под альтернативными топливами понимают топлива, изготавлива
емые из ненефтяного сырья. Основная причина разработки альтерпа
тивных топлив заключается в желании заменить дорогую и невозоб-
новляемую нефть на более доступные сырьевые источники. Например,
Германия, не имеющая своей нефти, но богатая углем, перед Первой и
Второй мировыми войнами интенсивно внедряла процессы его ожиже-
ния. В настоящее время страны, располагающие богатыми раститель-
ными ресурсами, широко используют растительное сырье: спирты,
например, в топливном балансе Бразилии составляют около 30%.
Объемы применения сравнительно дорогих альтернативных топлив
по сравнению с нефтяными невелики, а работы по их созданию в боль-
шинстве своем находятся в опытной сгадии. Поэтому мы дадим лишь
общее представление об основных методах получения этих топлив и их
свойствах. К альтернативным жидким топливам относятся искусствен-
ное жидкое топливо (ИЖТ) из угля, топливо из газообразного сырья,
спирты и топливоспиртовые смеси, растительные масла и их производ-
ные. Кроме того, в двигателях и стационарных установках могут ис-
пользоваться природный и другие газы. Альтернативой двигателям
инутреннего сгорания являются также электрические двигатели на
топливных элементах.
Искусственное жидкое топливо получают ожижением угля одним из
двух методов: по Бергиусу и термическим растворением в нефтяных
дистиллятных фракциях.
Бергиус, Фридрих (1884—1949) — немецкий химик-технолог. Учился в Бер-
линском университете и Высшей Технической школе в Карлсруэ. В 1913 г. по-
лучил жидкие углеводороды, нагревая в атмосфере водорода при давлении
30—50 МПа смесь измельченного угля и смолообразных отходов производства
кокса. С 1938 г. занимался производственной деятельностью в концерне IG
larbenindiistri. Под его руководством в конце 1930-х годов концерн построил
несколько заводов общей мощностью 3—4 млн т топлива в год. Сырьем для
ИЖТ служил лигнит — бурый уголь, огромными запасами которого располага-
ет Германия. Бурый уголь для гидрогенизации является лучшим сырьем, чем
каменный, гак как при этом меньше расход водорода, выше производитель-
ность установки и мягче условия процесса. Однако выход жидких фракций из
иурого угля меньше, поскольку он содержит меньше углерода.
В настоящее время процесс жидкофазной гидрогенизации исследуется во
многих странах, в том числе и в России. Разработаны методы активации угля,
катализаторы, ускоряющие ожижение.
Продукты ожижения угля отличаются от соответствующих нефтя-
ных фракций повышенными плотностью, содержанием ароматических
у/леводородов, соединений серы, азота и кислорода. Это снижает их
химическую стабильность, ухудшает антинагарные, экологические и
/ругне свойства и делает необходимой их гидрогенизацию. После гид-
рогенизационной обработки могут быть получены топливные фрак-
ции, во всем подобные получаемым из нефти. Аналогично углю могут
перерабатываться сланцы и другие углеродсодержашие вещества. По-
лучение ИЖТ является сравнительно более сложным процессом, чем
228
229
переработка нефти и может быть рентабельным только при очень низ-
кой стоимости твердого сырья по сравнению с нефтью.
Растворение угля в нефтяной дистиллятной фракции при 410—430°С
и давлении около 5 МПа позволяет получить экстракт с Г более
ЗЗО°С, который может быть переработан гидрокрекингом в топливные
фракции. Выход экстракта составляет около 55%, количество твердого
остатка — 30-40%. Данный метод устарел и перспектив как источник
топливных фракций не имеет.
Существует также косвенный метод переработки углей в жидкие
продукты, называемый методом Фишера — Тропша.
Фишер, Франц (1877—1947) — немецкий химик, лауреат Нобелевской пре-
мии. Директор Института по изучению угля в Мюльхайме. Исследовал реак-
ции на основе оксида углерода и водорода. В 1922 году совместно с Г. Тропшсм
открыл реакцию синтеза алифатических углеводородов из оксида углерода и
водорода. На основе этой реакции разработал процесс получения синтетичес-
кого бензина, освоенный фирмой «Рурхеми», которая построила в Германии
восемь заводов мощностью 600 тыс. т бензина в год.
Тропш, Ганс (1889—1935) — немецкий химик-технолог, лауреат Нобелевской
премии. Сотрудник Института по изучению угля в Мюльхайме. Совместно с
Ф. Фишером разработал технологию получения синтетического бензина, раз-
работал технологическую схему и аппаратуру процесса.
Смесь оксида углерода и водорода, необходимая для синтеза, полу-
чалась действием воды на кокс при температуре выше 1000°С и была
названа «водяным газом»: Н2О + С -> Н2 + СО. При взаимодействии
Н2 и СО получаются углеводороды, преимущественно олефины. Одна-
ко под давлением (в процессе Фишера — до 1 МПа) и в присутствии ка-
тализатора параллельно протекают гидрирование и полимеризация
олефинов, и в общем виде реакция синтеза ИЖТ может быть представ-
лена уравнением
2/7СО + (4л + 2)Н2^С„Н2„+2 + С„Н2„.
Так как способ, предложенный Фишером и Тропшем, выгоднее, чем
ожижение углей по Бергиусу, он в настоящее время используется в Гер-
мании и других странах. В большом количестве ИЖТ из угля выраба
тывают в ЮАР, где действуют два завода общей мощностью около
4,4 млн т в год.
Недостатком процесса Фишера-Тропша является то, что он позво
ляет получать смесь углеводородов с широким распределением по мо-
лекулярной массе. В результате выходы узких топливных фракций
сравнительно невелики. С этой точки зрения оказался более выгодным
двухстадийный процесс, при котором из синтез-газа сначала получают
метанол, а затем его перерабатывают в углеводороды на цеолитном ка-
тализаторе.
230
Жидкое топливо из природного газа. Природный газ (в основном это
метан) можно перерабатывать в жидкие продукты прямыми и косвен-
ными методами. Прямые методы (пиролиз, частичное окисление) ха-
рактеризуются невысокой конверсией метана и селективностью по це-
левым продуктам. Поэтому распространение получили косвенные ме-
тлы. Основной метод переработки метана в жидкие топлива — паро-
вая конверсия: СН4 + Н2О -> СО + ЗН2. Как мы видим, в данном про-
цессе на одну молекулу оксида углерода стехиометрически приходится
• ри молекулы водорода. В действительности соотношение доходит до
семи за счет побочной реакции СО + Н2О СО2 + Н2. Требуется же
Ш1Я синтеза углеводородов немного более двух (см. приведенную выше
реакцию синтеза ИЖТ). Для улучшения соотношения между оксидом
углерода и водородом к водяному пару добавляют углекислый газ, по-
давляющий побочную реакцию.
Спирты вызывают постоянный интерес как топливо для двигателей.
Он объясняется возможностями получения больших количеств мета-
нола из природного газа и этанола из растительного сырья. Однако по
физико-химическим и теплотехническим характеристикам спирты
Отличаются от нефтяных топлив (табл. 18).
Таблица 18
Физико-химические и теплотехнические характеристики
спиртов и нефтяных топлив
Показатель	Метанол	Этанол	Автомобильный бензин	Дизельное топливо
Плотность при 20°С, кг/м3	795	789	740-760	820-850
Низкость при 20°С, мм2/с Ьмпература, 'С:	0,55	1,76	0,5-0,7	3-6
застывания (кристаллизации)	-98	-115	<-60	<-10
кипения	65	78	35-200	180-360
вспышки	II	13	<0	40 и 62
самовоспламенения	464	423	350-400	230-315
>кгановое число (и.м.)	104-115	106	80 98	—
Цетановое число 1сплота;	3-5	8	—	45
. сгорания низшая, кДж/кг	19,7	25	41-44	42,5
к парообразования, кДж/кг	1100	900	200	210
Иплоемкость при 20°С, |Дж/кг град Стехиометрическое	2,5	2,4	2,0-2,1	1,9
ГОЛичество воздуха, Требующееся для полного [горания, кг/кг	6,5	8,5	14-15	14-15
231
Спирты отличаются почти вдвое низшей теплотворной способ-
ностью по сравнению с нефтяными топливами, что означает соответ-
ственно малую мощность двигателей, работающих на спиртах. Кроме
того, они гигроскопичны, имеют плохую смазывающую способность,
коррозионно активны и плохо совмещаются с конструкционными ма-
териалами. Вследствие этого их использование без переделки сущест-
вующих двигателей невозможно.
Привлекают высокие значения октановых чисел спиртов, благода-
ря которым они часто используются как компоненты автомобильных
бензинов. Их цетановые числа, напротив, очень низки, и для приме-
нения в дизельных двигателях спирты представляют небольшой инте-
рес. Тем не менее проблема использования спиртов в качестве топлив
для дизелей в свое время серьезно исследовалась отечественными и
зарубежными специалистами в 1970-1980-х гг. Предметом особенно
пристального внимания был метанол. Его используют в виде топлп-
воспиртовых смесей или непосредственно впрыскивают в цилиндры.
Топливоспиртовые смеси нестабильны, так как растворимость метано-
ла в углеводородах низка. По этой и другим причинам (гигроскопич-
ность, влияние на герметики и пр.) считается возможным добавлять к
топливо до 5% метанола в композиции со стабилизаторами, в качест-
ве которых используют спирты С3—С4. При непосредственном
впрыске в цилиндры воспламенение метанола осуществляется
принудительным образом: от свечи либо от запальной порции
дизельного топлива, впрыскиваемой в цилиндр перед метанолом
(двухтопливная система). Двухтопливная система также получила
распространение. Суммарный расход метанола при этом составляет
около 90%, остальное — нефтяное топливо, требующееся в качестве
запального.
Этанол в качестве добавки к топливам представляет больший инн-
рес, чем метанол, так как лучше растворяется в углеводородах и менее
гигроскопичен. Широко известно применение газохола (смеси бензи
на с 10—20% этанола) в США и Бразилии, располагающей большими
ресурсами спирта, вырабатываемого из сахарного тростника. В России
было установлено, что добавка 5% этанола к бензину не приводит к
ухудшению эксплуатационных характеристик двигателя и не требует
перерегулировки карбюратора. Одновременно наблюдается сущест-
венное снижение выбросов СО и небольшое — углеводородов. Увели-
чение концентрации этанола в бензине до 10% приводит к обеднении»
бензовоздушной смеси и несколько ухудшает ездовые характеристики
автомобилей, оснащенных карбюраторными двигателями. В двигатс
лях с впрыском топлива может использоваться бензин, содержащий
фрагменты всех типов углеводородов.
232
Спирты используются в качестве топлив или их компонентов в гоночных
автомобилях. Это связано с их высокой теплотой парообразования, благодаря
которой форсированный двигатель легче охлаждается.
Растительные масла рассматриваются в качестве паллиативы дизель-
ному топливу. Их получают из технических масличных культур, напри-
мер рапса, из семян которого можно извлечь до 40% масла. Однако мас-
'ia растительного происхождения как топлива имеют ряд недостатков.
Они характеризуются повышенной вязкостью, сравнительно низкой
шплотворной способностью, что уменьшает мощность двигателя на
15%, обладают плохими пусковыми свойствами при пониженной темпе-
ратуре, а из-за наличия свободных кислот плохо совмещаются с
конструкционными и уплотнительными материалами, имеют склон-
ность к окислению при хранении. Поэтому масла перерабатывают. Чаще
всего — алкилируют, получая метиловые эфиры содержащихся в них
кислот. Наиболее распространенным топливом этого типа является так
называемый рапеметиловый эфир (РМЭ), который в качестве топлива
используется в Швеции, ФРГ, Франции и других саранах. Обычно его
применяют в качестве добавки к дизельному топливу, но кое-где (напри-
мер, в Швеции) используют непосредственно. Количество РМЭ невели-
ко и в топливном балансе страны составляет в лучшем случае несколько
процентов. Стоимость РМЭ примерно в два раза выше, чем нефтяного
ц|зельного топлива, однако можно полагать, что объемы использования
метилированных растительных масел будут увеличиваться. Они характе-
ризуются повышенным цетановым числом — от 50 до 60, а у метилиро-
ванного пальмового масла — до 70 и, помимо прочего, могут служить
иысокоцетановыми компонентами дизельных топлив.
Природный газ может использоваться на автомобильном транспорте
при условии некоторой переделки двигателя и автомобиля. С таким же
успехом его используют на ТЭЦ, приспособленных к мазутному топли-
ву. С экологической точки зрения он характеризуется рядом преиму-
ществ. Благодаря меньшему элементному содержанию углерода (75% в
метане против 80—90% в нефтяных топливах), при сгорании природно-
к> газа образуется меньше СО2, например по сравнению с бензинами, в
1.22 раза. По этой же причине, а также благодаря полному отсутствию
ч>оматических углеводородов в камере сгорания образуется меньше
нагара. Топливовоздушная смесь, приготовленная на основе газа, не
 одержит жидкой фазы, а следовательно, равномернее распределяется
ио цилиндрам и не смывает смазку с поверхности цилиндра. Эксплуа-
1.ЩИОННЫМИ испытаниями установлено, что моторесурс двигателя и
 рок службы свечей зажигания увеличивается на 30-40%.
Метан в условиях атмосферы Земли — химически стойкий углево-
дород и не участвует во вторичных фотохимических реакциях, харак-
терных для активных непредельных и ароматических углеводородов.
233
Оптимальное сгорание метана происходит при большем избытке
воздуха, чем жидких топлив, а это способствует снижению эмиссии ок-
сидов азота и продуктов неполного сгорания. Сравнение удельных
выбросов токсичных веществ двигателем легкового автомобиля общей
массой 1,5 т при использовании различных видов топлива приведено
ниже:
Вещества	Бензин	Бензин с системой снижения токсичности ОГ	Сжатый природный газ	Дизельное топливо	Двухтопливная система |
Оксид углерода Оксиды азота Неметановые углеводороды Сажа (дымность по Картриджу, %) ПАУ	2,5-10 1-1,8 1,0-2,0 0,003-0,03	1-2,5 0,25-0,45 0,1-0,2 0,0015-0,02	0,5-1,5 0.5—0.9 0,1-0,2 0,003-0,009	0,2-1,6 0,5-1,8 0,1-0,2 4-40	0,2-1,0 I 0,5-1,8 0,1-0,2 2-15
Отметим и недостатки, выявленные при эксплуатации автомобилей
на сжатом природном газе. Массивные баллоны высокого давления
увеличивают массу автомобиля и снижают его грузоподъемность.
Сравнительно невелик и запас хода на одной заправке, составляющий
около 250—300 км. На 7—8% увеличивается трудоемкость обслужива-
ния и ремонта автомобиля. Неприятным обстоятельством является и
уменьшение мощности двигателя, достигающее 20%, вследствие кото-
рого на 5—6% уменьшается максимальная скорость, на 24—30% увели-
чивается продолжительность разгона, а автомобиль плохо преодолева-
ет крутые подъемы.
Основная трудность перехода на газовое топливо для автомобилей
заключается в необходимости создания соответствующей инфраструк-
туры: заводов, хранилищ, заправочных станций.
3.3.8.	Ракетные топлива
Ракетные топлива по своей природе и предъявляемым к ним требова-
ниям сильно отличаются от топлив другого назначения. Это объясняет-
ся условиями их работы. Теплонапряженность камер сгорания ракетных
двигателей в сотни раз превосходит теплонапряженность реактивных
двигателей и в тысячи — топок котлов. Поэтому требуется, чтобы при
сгорании топлив высвобождалось огромное количество энергии. Основ-
ной характеристикой ракетных топлив является удельный импульс тяги.
Это тяга, развиваемая двигателем при сгорании единицы массы топлива
234
за единицу времени. Размерностью удельного импульса тяги является
Нс/кг, однако в литературе эту характеристику часто выражают в секун-
дах, что может расцениваться как своеобразное арго создателей первых
ракет. Высокие энергетические характеристики ракетных топлив обес-
печиваются подбором системы «горючее — окислитель». Существуют
одно, двух и трехкомпонентные ракетные топлива.
К однокомпонентым ракетным топливам относятся такие, молекулы
которых одновременно содержат части, являющиеся и горючим и окис-
лителем. В качестве примера можно привести нитрометан или пероксид
водорода. «Горение»1 таких топлив, а точнее, их разложение происходит
н контакте с катализатором. Большим недостатком топлив этого типа яв-
ляется трудность контролирования процесса горения и повышенная
взрывоопасность. Кроме того, у однокомпонентных топлив сравнитель-
но невысоки температура «сгорания» и импульс тяги. Однако последние
недостатки превращаются в достоинство в тех случаях, когда требуются
низкие температуры «горения», например во вспомогательных двигате-
лях, осуществляющих маневрирование космических кораблей.
Двухкомпонентые ракетные топлива представляют собой систему из
горючего и окислителя, хранящихся в разных баках и смешивающихся
в камере сгорания. В качестве горючего могут быть использованы водо-
род. спирты, органические амины и гидразины, керосин, легкие метал-
лы. Окислителем обычно служит жидкий кислород, азотная кислота
(или тетроксид азота), а также фтор, озон и пероксид водорода. Крите-
риями подбора горючего и окислителя являются условия работы двига-
теля, а также их доступность и некоторые другие свойства. При смеше-
нии горючего и окислителя начинается реакция окисления горючего,
сопровождающаяся образованием большого количества раскаленных
газообразных продуктов сгорания. Реакция окисления начинается не
сразу, а после некоторого времени, называемого периодом задержки
воспламенения (ПЗВ). Установлено, что для успешной работы двигате-
ля требуется, чтобы продолжительность ПЗВ не превышала 0,03 с. Ве-
личина ПЗВ зависит от характеристик топлива, температуры в камере
сгорания и конструкции двигателя. Ниже представлены значения ПЗВ
(с) для ряда топлив при температуре 20°С. Наибольшими значениями
ПЗВ характеризуются углеводороды керосиновой фракции нефти, на-
именьшим — несимметричный диметилгидразин:
,Ц>|	Керосин — 0,12 (при 500°С)
Триэтиламин — 0,02
ЫхЫ,	Ксилидин — 0,07
Несимм. диметилгидразин — 0,005.
'Понятно, что под «горением» имеют в виду экзотермические реакции компонентов
ракетных топлив, не сводящиеся только к окислению кислородом.
235
Таблица 19
Характеристики горения ракетных топлив1
Окислитель	Горючее	Теплопроизводительность		Температура сгорания, °C
		кДж/кг	кДж/л	
Жидкий кислород	Керосин	9490	9490	3320
Жидкий кислород	Этанол	8480	8400	3000
Жидкий кислород	Диметил гидразин	9240	9410	3100
Азотная кислота	Керосин	6090	8275	2730
Тетроксид азота	Керосин	6510	8990	2930
'Данные взяты из книги Сииярева Г. Б. и Добровольского М. В. «Жидкостные
ракетные двигатели» — М.: Оборонгиз, 1957 и переведены в единицы СИ.
С целью оптимизации состава горючего часто смешивают различ-1
ные компоненты. Например, смесь равных количеств триэтиламина и
несимметричного диметилгидразина имеет ПЗВ, равный 0,02 с. Неко-
торые системы при смешении не самовоспламеняются (керосин и ок-
сиды азота). Тогда используют устройства принудительного зажигания.
Другим требованием к горючему является высокая термическая ста-
бильность. Топливо иногда используется для охлаждения стенок каме-
ры сгорания (чаще для этой цели применяют окислитель). Если в нем
при этом протекают процессы окисления и образуются смолы, то они
отлагаются в виде нагара на распылителях форсунок и стенках камеры
сгорания, нарушая температурный режим двигателя.
В табл. 19 мы приводим характеристики горения некоторых двух
компонентных систем.
Дадим краткую характеристику наиболее распространенных компо
нентов ракетного топлива.
Ароматические амины. На практике широко используются смеси
50% ксилидина и 50% несимметричного диметилгидразина. В качестве
окислителя берется 98%-я азотная кислота или раствор тетроксида азо-
та в азотной кислоте. Недостатками ароматических аминов являются
их токсичность, высокая гигроскопичность, низкая окислительная
стабильность.
Керосиновые фракции нефти этих недостатков лишены, но исполь
зовать их в ракетных двигателях оказалось труднее, чем другие виды го
рючего. Их достоинство — высокая теплота сгорания — обернулось
недостатком: трудно было подобрать устойчивые конструкционные
материалы. Непригодны керосины и в качестве охлаждающей жидкое
ти. Во-первых, их количество в топливной смеси составляет около
20%, что недостаточно; во-вторых, теплоемкость углеводородов неве
лика. В настоящее время эти препятствия устранены и керосины ши
роко используются в ракетах разных типов.
236
Спирты как ракетное горючее имеют большую историю. Они ис-
пользовались еще в немецких реактивных снарядах «Фау-2». Достоин-
ствами спиртов являются сравнительно низкие температуры сгорания
при высокой эффективности, высокая теплоемкость, незначительные
токсичность и коррозионная агрессивность, отличные низкотемпера-
турные свойства. В настоящее время спирты, хотя и продолжают широ-
ко использоваться, вытесняются углеводородными горючими.
Жидкий кислород — эффективный и дешевый окислитель, который
широко используется в ракетах различного назначения. Он нетоксичен,
но опасен в пожарном отношении: многие органические вещества в кон-
такте с жидким кислородом способны самовоспламеняться. Его основ-
ным недостатком является низкая температура кипения (— 183°С), вслед-
ствие чего для работы с ним требуется специальная криогенная аппарату-
ра. Так как жидкий кислород трудно и дорого перевозить на большие
расстояния, его производство организуют поблизости ог ракетодромов.
Пероксид водорода — и окислитель, и однокомпонентное горючее.
Чаше его используют как источник получения парогаза (см. раздел
I.3.3.). Недостатком этого вещества является исключительно высокая
чувствительность к загрязнениям. Если чистый пероксид водорода мо-
жет храниться неограниченно долго, то в присутствии некоторых сое-
динений, особенно окислительной природы, он разлагается с выделе-
нием большого количества тепла. Известны вещества, повышающие
стабильность пероксида водорода при хранении. На практике чаще
всего используется ортофосфорная кислота. В аварийных случаях по-
могает разбавление водой.
Азотная кислота — довольно слабый окислитель, но находит широ-
кое применение. Она дешева и доступна, стабильна при хранении, и, в
отличие от кислорода, может заправляться в ракеты задолго до пуска,
поддерживая их в постоянной готовности. Недостатком является высо-
кая коррозионная агрессивность кислоты, поэтому ее хранят в сосудах
и f кислотостойких металлов (алюминия, нержавеющей стали) в при-
сутствии стабилизаторов, лучшим из которых является фтористоводо-
родная кислота.
3.3.9.	Присадки к топливам
Для улучшения эксплуатационных характеристик в топлива вводят
присадки. По назначению присадки делятся на несколько десятков ти-
пов. Основных типов, получивших наибольшее применение, несколько
। |.|бл. 20).
Антидетонаторы — химические агенты, разрушающие пероксиды,
I-разующиеся на предпламенной стадии горения топлива и вызываю-
mic детонацию.
237
Таблица 20
Основные типы присадок
Присадки	Достигаемый эффект
Антидетонаторы Промоторы воспламенения Моющие присадки Ангидымные присадки Антисажевые присадки Антиоксиданты, деактиваторы металлов, стабилизаторы комплексного действия Депрессорные присадки Диспергирующие присадки Катализаторы горения Проти воизносн ые присадки Модификаторы трения Противоводокристаллизационные жидкости Антистатические присадки	Обеспечивают оптимальные антидетонационные свойства бензинов Позволяют повысить воспламеняемость дизельных топлив Предотвращают образование отложений на заслонке карбюратора, на впускных клапанах и в камере сгорания Снижают дымность (и от части токсичность) ОГ Предотвращают забивку катализаторов дожита ОГ и сажевых фильтров сажей Повышают химическую и термическую стабильность топлив, уменьшая образование отложений на деталях двигателя и топливной аппаратуры. Часто действуют в композициях с моющими, антидымными, диспергирующими и другими присадками Улучшают низкотемпературные свойства дизельных топлив Улучшают смесеобразование и распиливание тяжелых топлив Ускоряют сгорание дизельных и остаточных топлив Предотвращают износ деталей цилиндропоршневой группы и пар топливных насосов, обеспечивая тем самым оптимальный режим их работы Повышают механический КПД двигателя, соответственно уменьшая расход топлива Предотвращают образование льда в топливной системе самолетов Повышают безопасность в обращении с топливом
Длительное время в качестве антидетонатора почти исключительно приме-
нялся тетраэтилсвинец (ТЭС), но его исключительно высокая токсичность уже
нс соответствует современным экологическим требованиям. В большинстве
промышленно развитых стран, в частности с 2002 года в России, он не приме
няется. Тем не менее кратко рассмотрим присадки этого типа. ТЭС добавляют
в бензин не сам по себе, а в виде этиловых жидкостей, почему содержащие ТЭС
бензины называются этилированными. Существуют различные марки этило-
вых жидкостей. В общем случае они, кроме ТЭС, содержат выносители свин-
ца —• алкилгалогениды, антинагарные добавки — обычно органические фосфи-
ты, антиоксидант и растворитель. Алкилгалогениды образуют летучие галош
ниды свинца, в виде которых он выносится из камеры сгорания. В противном
случае свинец будет отлагаться на свечах зажигания и стенках камеры сгори
ния. Антиоксидант необходим для повышения окислительной стабильност
ТЭС, который довольно легко разлагается.
238
Применение ТЭС при производстве бензинов было очень удобно и
выгодно. Запрет на его использование поставил промышленность пе-
ред необходимостью решать проблему иными методами. Наиболее ра-
циональный метод — технологический, при котором развиваются про-
цессы производства ценных высокооктановых компонентов: алкилата,
изомеризата, фракций каталитического крекинга и пр. Но освоение
новых мощностей — процесс долгий и дорогой. Поэтому в качестве
временной меры считается возможным использовать альтернативные
антидетонаторы. К таким относятся ароматические амины, а также ме-
таллоорганические соединения марганца и железа.
N-метиланилин — характерно пахнущая желтая жидкость. Добавка
л ого соединения в бензин в количестве 1—2% позволяет повысить ок-
тановое число на 4—6 единиц. На практике используют технический
N-метиланилин, содержащий до 97% этого соединения, а также
зкстралин — смесь, содержащую около 90% N-метиланилина и 10%
анилина и диметиланилина. N-метиланилин характеризуется рядом
недостатков. Наиболее серьезным в техническом отношении является
склонность аминов к смолообразованию, вследствие чего их примене-
ние ограничено 1,3% об. Кроме того, N-метиланилин токсичен, хотя и
юраздо меньше, чем ТЭС.
Соединения железа — ферроцен и его различные производные. Они
нетоксичны, не отравляют катализаторы дожита отработавших газов и
паже способствуют их регенерации. Основной недостаток ферроценов
шключается в их склонности отлагаться на свечах зажигания и в каме-
ре сгорания. Для соединений железа не подобрано выносителей, таких
как для свинца. Поэтому их концентрации в бензине ограничены та-
ким образом, чтобы содержание железа в бензине не превышало
18 мг/л. При такой концентрации максимально возможный прирост
(>4 составляет 4—8 единиц.
Соединения марганца. Наибольшее применение нашел метилцикло-
иснтадиенилтрикарбонилмарганец (МЦТМ). Для марганца также пока
нет выносителей, и его допустимая концентрация в бензине оставляет
М) мг/л. В этом случае ОЧ бензина может быть повышено на 4—6 ед.
Соединения марганца легко разлагаются на свету, поэтому присадки на
его основе должны содержать стабилизаторы. Продукты сгорания мар-
।япца токсичны, хотя и гораздо менее, чем продукты сгорания свинца,
и рубежом и в России применение марганца в бензинах считается до-
1МГИМЫМ.
Соединения щелочных металлов. Производные натрия, калия, лития
чмктеризуются очень высоким антидетонационным эффектом. Од-
" н.п почти все они плохо растворяются в топливах. Поэтому антидето-
1 норы на основе щелочных металлов редки, но все же используются в
' । оторых странах, например в Швеции. Антидетонатор на основе ли-
II
239
Концен трация металла, г/кг
Рис. 95. Влияние концентрации
антидетонаторов на основе железа
(1) и марганца (2) на прирост
октанового числа бензина
тиевых комплексов разрабатывается
и в России.
Эффективность антидетонаторов
в бензинах различна и зависит от их
состава. Существует понятие прие-
мистости бензина к антидетонаторам.
Наилучшей приемистостью обладают
парафины, наихудшей — ароматичес-
кие углеводороды. Получается так,
что чем выше ОЧ исходного бензина,
тем труднее его повысить добавками
антидетонаторов. Кроме того, как мы
отметили выше, приходится ограни-
чивать концентрацию присадки и
бензине по техническим причинам,
Мы их обобщили в табл. 21. Даже ес-
ли бы мы проигнорировали проблемы ресурса двигателя и его техничес-
кого состояния и решили ввести в бензин побольше антидетонатора,
нам все равно бы не удалось сильно повысить октановое число. С каж-
дой последующей порцией присадки прирост октанового числа умень-
шается и наконец наступает момент, когда дальнейшая добавка антиде-
тонатора положительного эффекта уже не даст (рис. 95). Для того чтобы
добиться наибольшего эффекта, иногда присадки разной природы объе-
диняют в композиции, сочетая, например, амины и МЦТМ.
Промоторы воспламенения предназначены для снижения температу-
ры самовоспламенения дизельного топлива. В качестве присадок этого
типа на практике используют алкилнитраты, например октилнитра!
(ИПН) или циклогексилнитрат (ЦГН). Добавка нитратов в концентра-
ции 0,5—1,0% повышает ЦЧ топлива на 5—10 ед. Подобно бензинам,
дизельные топлива характеризуются различной приемистостью к при-
садкам. Чем выше ЦЧ топлива, тем меньше эффект от введения промо-
тора воспламенения (рис. 96). Недостатками алкилнитратов являются
их токсичность, коррозионное действие на металлы, ухудшение цвета
топлива. В России промоторы воспламенения до последнего времени
применялись редко, только при выработке арктических топлив. В не
далеком будущем с увеличением требований к цетановому числу их ис
пользование увеличится. В присадках этого типа нуждаются топлива,
содержащие большие количества ароматических углеводородов или
спирты. Промоторы воспламенения входят также в состав средств,
улучшающих холодный пуск дизелей.
Антиоксиданты — соединения, замедляющие радикально-цепное
окисление углеводородов. Механизм их действия заключается вразру
шении пероксидных радикалов, участвующих в развитии цепи окисле
240
Таблица 21
Возможности и ограничения альтернативных антидетонаторов
Типы присадок	Ограничение концентрации	Максимальный прирост октанового числа	Причина ограничения
Ароматические амины Железосодержащие присадки Марганецсодер- жащие присадки	1-1,3% 38 мг Fe/л бензина 50 мг Мп/л бензина	6 4-8 4-6	Осмоление деталей двигателя и топливной системы Повышенные износ и нагарообразование на свечах зажигания и в камере сгорания Повышенные износ и нагарообразование на свечах зажигания и в камере сгорания
ния. Поэтому эффективность антиоксидантов зависит от того, образо-
вались ли пероксиды в бензине и в каком количестве. Наилучший
результат достигается при добавлении антиоксидантов в свежевырабо-
ганное топливо. На практике присадки этого типа добавляют на уста-
новке в линию нестабильного компонента, направляемого в товарный
цех для компаундирования.
В качестве антиоксидантов используют соединения фенолов и
аминов. Наибольшее распространение получили ионол — 2,6-ди-
/лре/и-бутил-4-метилфенол и его аналоги. Ионол содержится в при-
садке Агндол-12, представляющей собой раствор смеси от/дли-бутпл-
(амещенных фенолов. Фенолы типа ионола относят к «экранирован-
ным» фенолам. В них гидроксильная группа, участвующая в реакци-
Рис. 96. Влияние промотора
воспламенения на прирост ЦЧ
дизельного топлива. На кривых
указано исходное значение ЦЧ
ях с пероксидными радикалами,
со всех сторон закрыта объемис-
тыми /ире/и-бутильными замести-
телями, которые стабилизируют
феноксильный радикал. Эффек-
тивными антиоксидантами явля-
ются двух- и многоатомные фено-
лы, получаемые при полукоксо-
вании угля (ФЧ-16) или сухой пе-
регонке древесины (ДСА). Ранее
они применялись в больших ко-
личествах при производстве авто-
мобильных бензинов. Однако ан-
тиоксиданты этого типа ограни-
ченно растворяются в топливах и
вымываются из них водой, заг-
16-449
241
рязняя окружающую среду. В настоящее время в России их примене-
ние прекращено.
Иногда в качестве стабилизатора в бензины добавляют /гард-окси-
дифениламин (ПОДФА). Этот антиоксидант является обязательным
компонентом этиловых жидкостей.
Эффективная концентрация антиоксидантов может быть снижена,
если в топливо вместе с ними добавить небольшое количество деакти-
ваторов металлов. Это такие соединения, которые связывают в неак-
тивные комплексы медь, железо и другие промоторы окисления угле-
водородов. С металлами топливо контактирует в процессе хранения и
перекачки. Подавление их окислительного действия деактиваторами
металлов позволяет на 30—50% снизить концентрацию антиоксидан-
тов. Расход деактиваторов металлов примерно на порядок меньше, чем
антиоксидантов.
Стабилизаторы комплексного действия. В некоторых случаях окис-
лительные превращения топлива не сводятся к реакциям радикально
цепного окисления углеводородов. Это относится, в частности, к нс
стабильным фракциям процессов деструктивной переработки нефти
пиролиза, каталитического крекинга, коксования и пр. В состав таких
фракций входят в заметном количестве соединения серы, азота, кисло
рода, непредельные соединения с активированной двойной связью, та
кие как диены и стиролы. Они подвергаются окислительной поликои
денсации и полимеризации, приводящим к образованию смол и осал
ка. Эти реакции ускоряются кислотными продуктами окисления угле
водородов. В таких случаях антиоксиданты — ингибиторы радикально
цепного окисления — неэффективны. Стабилизирующим действием
обладают комплексные присадки, которые в общем виде представляю!
собой композиции антиоксидантов, ингибиторов полимеризации, де
активаторов металлов, нейтрализующих агентов и дисперсантов. Ис
пользование присадок этого типа позволяет на порядок уменьшип.
образование осадка при хранении топлив.
Антидымные присадки вводят в дизельные топлива с целью енп
жения выбросов черного дыма, наблюдающихся при перегрузках див
гателя, плохой регулировке топливной аппаратуры и других неблаго
приятных условиях работы. Черный дым фактически является резуль
татом механического недожога топлива и представляет собой несгорен
шую сажу — продукт крекинга углеводородов в камере сгорания
дизельного двигателя. В идеале антидымные присадки способствую)
выжиганию сажи в камере сгорания до окончания сгорания основной
массы топлива и начала стадии расширения рабочей смеси. В России
использовались присадки на основе соединений бария. В 1970-е годы и
России была разработана присадка ИХП-706, которая была допущен.!
к применению, но практически не использовалась. Позднее были
242
Рис. 97. Влияние бариевой
питидымной присадки на дымность
(сплошная линия) и эмиссию бенз-а-
пирена (пунктир): 1 — топливо без
присадки; 2 — топливо с 0,1%
барийсодержащей присадки
Рис. 98. Связь между моющей
способностью топлив
(продолжительность смывания
отложений, Т) и содержанием СО
в ОГ
разработаны присадки ЭКО-1 и ЭФАП-Б. По составу они близки
между собой и являются аналогами присадки ИХП-706, хотя и более
(ффективными. Основными компонентами присадок являются
.лкилфеноляты бария в сочетании с диспергирующими и другими
добавками. Их введение в топливо в концентрации 0,1% позволяет
снизить дымность ОГ на 30—70% отн. и в 2—3 раза уменьшить выбросы
канцерогенного беиз-а-пирена (рис. 97).
Моющие присадки. В качестве моющих присадок с большим или
меньшим успехом могут использоваться самые разные ПАВ, но прак-
тическое значение имеют некоторые их типы- Первыми моющими
присадками были аминоамиды, получаемые взаимодействием карбо-
новых кислот с полиэтиленполиаминами. Они эффективно отмывали
отложения с заслонки карбюратора, предотвращая перерасход топлива
и снижая эмиссию окиси углерода. К присадкам этого типа относятся
отечественные Автомат и Неолин. На примере присадки Неолин может
быть прослежена взаимосвязь между моющими свойствами и концент-
р.щией оксида углерода в ОГ (рис. 98).
Кроме моющего действия, товарные присадки обычно характеризу-
|ч|ся хорошими защитными и антиобледенительными свойствами. Это
пыгекает из химической природы присадок, представляющих собой
поверхностно-активные вещества.
Аминоамидные моющие присадки неэффективны на двигателях с
непосредственным впрыском. Их недостаточно высокая термоста-
Ппльностьявляется даже причиной повышенного образования отложе-
ний на впускных клапанах, работающих в жестких условиях. В данном
iviae используются присадки на основе так называемых полибутена-
243
18
Рис. 99. Влияние моющей присадки
на закоксовываемость распылителей
форсунок: 1, 2, 3,4 — форсунки при
работе на топливе без присадки до
момента ввода присадки (отмечен
стрелкой); 5 — форсунка при работе
на топливе с присадкой. На оси
ординат указан рост противодавления
форсунки в процентах
минов и полиэфираминов. Их вводят в бензины в более высоких кон-
центрациях, чем обычные моющие присадки (до 0,08% мае.). Действие
полиэфираминов характеризуют приведенные на рис. 99 зависимости,
построенные поданным фирмы Mobil. Сплошные кривые отражают за-
коксовываемость распылителей (потерю пропускной способности) че-
тырех форсунок при пробеге автомобиля на топливе без присадки. Пос-
ле введения присадки образовавшиеся отложения удаляются практи-
чески полностью через IO—15 тыс. км пробега. Штрих-пунктирная кри-
вая соответствует топливу, содержащему присадку с начала испытаний.
Благодаря уменьшению отложений на деталях двигателя и топливной
аппаратуры снижается эмиссия токсичных продуктов сгорания с ОГ.
Противоизносные присадки требуются в глубоко гидроочищенных
реактивных и дизельных топливах с содержанием серы менее 0,05%. На
практике применяют нафтеновые кислоты (в России — присадка
«ДНК») и производные карбоновых кислот — амиды, эфиры и т. д. Ра-
бочие концентрации противоизносных присадок в дизельных топливах
составляют сотые доли процента, в реактивных — на порядок меньше.
Катализаторы горения вводят в остаточные топлива и изредка — и
дизельные. В качестве активных компонентов они содержат соедине-
ния меди, марганца, железа и других металлов, ускоряющих окисление
углеводородов. Они сорбируются на поверхности сажистых частиц и
ускоряют их выгорание.
Противоводокристаллизационные жидкости, ПВКЖ прибавляют и
реактивное топливо с целью предотвращения образования кристаллов
льда в топливной системе реактивных самолетов. На высотах полета
топливо в баках охлаждается до 50—60°С ниже нуля и растворенная в
нем вода вымерзает. Мелкие кристаллы льда движутся по системе, за-
бивая трубопроводы и фильтры. Полагают, что некоторые случаи авиа-
катастроф объясняются именно нарушением подачи топлива из-за об-
леденения. В России систематические исследования применения топ-
лив при низких температурах проведены Б. А. Энглиным, в результате
244
Рис. 100. Схема введения присадок в топливо: 1 — колонна НПЗ; 2 —
резервуар товарного цеха; 3 — резервуар терминала; 4 — резервуары АЗС
или топливного хозяйства; 5 — топливный бак транспортного средства.
I — нестабильный компонент топлива; 11 — другие компоненты топлива;
III — топливо; а — антиоксиданты, деактиваторы металла; б —
антидетонаторы, промоторы воспламенения, красители, депрессоры;
в — ингибиторы коррозии, моющие присадки; г — моющие, антистатические,
антидымные присадки, антиобледенительные добавки
чего была создана присадка «жидкость И», представляющая собой
этил целлозольв, и разработаны правила ее использования.
Введение присадок в топливо осуществляют на разных этапах его про-
изводства и использования (рис. 100). Это зависит от их назначения и
механизма действия. Такие присадки, как антиоксиданты, наиболее эф-
фективны при введении в свежевыработанное топливо, точнее, его нес-
табильный компонент. Поэтому их вводят в поток еще горячей фракции
термического, каталитического крекинга, пиролиза и другого деструк-
тивного процесса. В товарном цехе вырабатывают топливо определен-
ной марки: бензин с заданным значением октанового числа и т. д. Здесь
в топливо вводят антидетонаторы, промоторы воспламенения,
депрессоры (в дизельное топливо). Присадки, улучшающие качество
стандартных топлив: моющие, антидымные лучше всего вводить в топ-
ливо на терминале при его отгрузке или на автозаправочной станции.
С одной стороны, это позволяет выбрать из большого ассортимента же-
лаемую присадку или вовсе от нее отказаться, а с другой — обеспечива-
ет ее точную дозировку. Наконец, некоторые присадки вводятся пользо-
вателем непосредственно на месте применения. Причин для этого
может быть несколько. Например противоводокристаллизационные
присадки на основе целлозольвов при хранении содержащих их топлив
поглощают влагу воздуха и могут выпадать в отдельную фазу. Расслое-
ние топлив нежелательно, а для реактивных и вовсе опасно. Поэтому
противоводокристаллизационные присадки в реактивное топливо до-
бавляют при подготовке топлива перед заправкой самолета. Такие при-
245
-., как антистатические, противоизносные вводятся в топливо и
\ маленьких концентрациях. При хранении и транспортировке
»они сорбируются на стенках резервуаров и трубопроводов и мо-
_ „V дойти до транспортного средства. Есть присадки, которые ухуд-
шают качество топлива при хранении, например соединения меди и же-
леза, использующиеся для снижения температуры выгорания сажи. Их
также рекомендуется вводить прямо в топливный бак автомобиля.
3.4.	Основные процессы получения топлив
3.4.1. Общий обзор
В конце XIX века единственным процессом переработки нефти и
получения топливных (керосиновых) фракций была прямая перегонка.
Ее проводили в виде периодического процесса в примитивных кубах,
нагреваемых дровами, мазутом или самой нефтью. Выход прямогон-
ных фракций был крайне невелик. По соляровым маслам он в лучшем
случае составлял 15—25%. Впрочем уже в это время для повышения вы
ходов светлых фракций начали применять деструктивные процессы. В.
И. Рагозин в книге «Рациональная обрабогка всякого рода нефтей до-
суха и полная их утилизация», изданной в Петербурге в 1898 г, писал о
«керосинах разложения», производимых в США и Галиции.
Рагозин Виктор Иванович (1833—1901), выпускник Московского университе
та, российский предприниматель, купец 1-й гильдии. Владел пароходствами па
Волге и нефтеперегонными заводами в Нижнем Новгороде и Ярославле. Боль
шое внимание уделял научному обеспечению нефтепереработки. На Ярославс-
ком заводе организовал лабораторию, в которой работали Д. И. Менделеев,
В. В. Марковников, В. Н. Оглоблин. Это позволило более рационально перера
батывать нефть и создать оптимальный по тем временам ассортимент нефтепро
дуктов. Сам Рагозин разработал серию высококачественных масел «олеонафт*-,
ввел в промышленную практику перегонку с водяным паром, построил и ис-
пользовал первые наливные суда. Написал несколько книг по нефтяному делу и
выполнил первый экономический анализ, в котором показал, что вывозить про
дукты нефтепереработки из России в четыре раза выгоднее, чем сырую нефть.
В настоящее время благодаря деструктивным процессам глубина пс
реработки нефти в промышленно развитых странах достигает 85—95%
При такой глубине переработки выход моторных топлив составляем
78—79% на нефть (рис. 101). Однако фракции, полученные деструктив
ными методами по химической стабильности и некоторым другим свой
ствам, уступают прямогонным, поэтому были созданы различные
процессы их «облагораживания». Повышение качества топлив рассмаз
ривалось исключительно с технической стороны, то есть с точки зрения
придания топливам таких свойств, которые позволяли бы использовать
246
1’ис. 101. Влияние глубины
переработки нефти на производство
топлив: 1 — мазуты; 2 —
дистиллятные топлива; 3 —
смазочные масла, кокс и другие
продукты
их в двигателях, предъявляющих к го-
рюче-смазочным материалам все бо-
лее высокие требования. С расчетом
на это сложился определенный топ-
ливный баланс и были созданы необ-
ходимые мощности. Не считая пря-
мой перегонки нефти, с точки зрения
производства топлив современные
процессы нефтепереработки могут
быть поделены на три группы:
I — процессы деструктивной пе-
реработки тяжелых нефтяных фрак-
ций и остатков с целью повышения
выхода светлых продуктов: термичес-
кий и каталитический крекинг, висб-
рекинг, гидрокрекинг. Продукты, по-
лучаемые при этом, как правило, нес-
табильны, вводятся в товарные топ-
лива в ограниченном количестве и часто являются сырьем для процессов
второй группы. Исключение сотавляет гидрокрекинг, в результате кото-
рого получаются высококачественные реактивные и дизельные топлива.
2 — процессы «облагораживания» фракций с целью придания им
оптимальных свойств и процессы непосредственного производства
компонентов топлив с заданными свойствами: гидроочистка, рифор-
минг, алкилирование, изомеризация, олигомеризация олефинов.
3 — процессы, для которых топливные фракции не являются целе-
выми продуктами: пиролиз, коксование. Выход этих фракций сравни-
тельно невелик, а качество таково, что использование их в товарных
топливах бывает проблематичным и требует дополнительного облаго-
раживания.
Наряду с процессами нефтепереработки следует упомянуть и произ-
водство оксигенатов, которое частично базируется на нефтяном сырье.
Оксигенаты, как указывалось выше, используются в качестве компо-
нентов автомобильных бензинов.
В табл. 22 представлены характеристики основных процессов
нефтепереработки, используемых при получении топливных фракций.
3.4.2. Прямая перегонка
Перегонкой при атмосферном давлении нефть делят на газ,
бензиновую (до 180°С), керосиновую (140—240°С) и дизельную
(240—350°С) фракции. Остаток, мазут, перегоняют в вакууме, выделяя
легкий газойль(Тк — до 250°С), легкий вакуумный газойль (240-380°С)
I1!
!
II
247
Таблица 22
Общие характеристики процессов нефтепереработки
Процесс	Основная цель процесса	Основной вид сырья	Температура, °C	Давление, МПа
Прямая перегонка	Разделение нефти на фракции	Нефть	До 350	Атмосферное; вакуум
Гидроочистка	Уменьшение содержания серы в топливных фракциях и в сырье, направля- емом на каталити- ческую переработку	Дистиллятные фракции	350-400	3-5
Термокрекинг	Получение термогазойля и креки нг-остатка — сырья для техни- ческого углерода	Нефтяные остатки	520-550	1
Висбрекинг	Снижение вязкости котельного топлива	Гудроны и полугудроны	450-500	1,5-3,5
Каталитический крекинг	Получение дистил- лятных фракций из вакуумного газойля	Вакуумный газойль	470-540	0,07-0,37
Гидрокрекинг	Получение стабиль- ных дистиллятных фракций	Тяжелые серни- стые газойли и остатки	350-450	5-20
Коксование	Получение нефтяного кокса. Топливные фракции получаются побочно	Тяжелое арома- тизированное сырье	490-510	0.5-5.0
Пиролиз	Получение олефинов. Топливные фракции получаются побочно	Газы и легкие бензины	800-900	0,1-0,2
Изомеризация	Получение высокооктановых компонентов бензинов	Легкий прямо- гонный бензин	280-380	0,3-0,35
Алкилирование	Получение высоко- октановых компо- нентов бензинов	Изобутан, бутены	5-20	0,35-0,4
Риформинг (каталити- ческий)	Получение ароматических углеводородов и высокооктановых компонентов бензинов	Прямогонные бензиновые фракции	480-530	1,5-4
Олигомеризация	Получение высоко-	Пропилен,	В завись	мости от
	октановых компо- нентов бензинов	бутены	катализатора	
248
вакуумный газойль (350—560°С) и получая в остатке гудрон. В процессе
такой переработки групповой углеводородный и химический состав
нефтепродукта практически не изменяется, если не считать частичного
разложения мазута при вакуумной перегонке, результатом которого
является легкий газойль (не более I % от нефти).
Бензиновые фракции прямой перегонки в товарных топливах ис-
пользуются в малой степени. Их октановые числа невысоки, и только
самые легкие фракции из нефтей нафтенового основания характеризу-
ются более-менее удовлетворительными антидетонационными свой-
ствами. Поэтому бензиновые фракции прямой гонки используют сле-
дующим
образом.
Фракции
н.к.—62°С и н.к.—85°С направляют в
товарные бензины или на изомеризацию для получения высокоокта-
нового компонента. Фракция 85— 180°С представляет собой традици-
онное сырье для риформинга, однако из экологических соображений
температура начала кипения сырья для риформинга должна быть под-
нята до 105-110°С — это обеспечит снижение выхода бензола. Фрак-
ция, выкипающая при 140—180°С, может быть также использована в
качестве компонента реактивного топлива.
г Что касается среднедистиллятных фракций, то они составляют ос-
нову современных дизельных и реактивных топлив.
in	3.4.3. Термический крекинг и висбрекинг
Термический крекинг был первым процессом деструктивной перера-
ботки нефти, благодаря которому удалось существенно увеличить вы-
работку светлых топливных фракций. Первые промышленно значимые
работы в этой области относятся к 60-м годам прошлого столетия.
В России они связаны с именами Д. И. Менделеева и В. И. Рагозина.
1.о тех пор более половины добываемой на Апшероне нефти в виде ос-
игков сжигалось или выбрасывалось в воду.
Менделеев, Дмитрий Иванович (1834-1907), русский химик, профессор Пе-
н рбургского университета и Петербургского технологического института. Пол-
ностью характеризовать работы автора Периодической системы элементов
11аблица Менделеева) нет необходимости — они хорошо известны. В области
нефтепереработки Менделеев изобрел перегонный куб непрерывного действия,
 посновал принцип дробной перегонки при переработке нефтей, предложил
т-щелять из нефти дефицитные ароматические углеводороды. Ему принадле-
। нт карбидная гипотеза происхождения нефти. Менделеев является основате-
н м и первым руководителем Главной Палаты мер и весов в Петербурге, благо-
ыря чему может считаться основоположником отечественной метрологии.
Серьезным толчком развитию крекинг-пропессов послужили рабо-
п.| А. А. Летнего, который в 1875 г. открыл явление расщепления неф-
к нродуктов в контакте с нагретыми поверхностями.
249
Летний, Александр Александрович (1848—1883), русский химик-техноло!,
выпускник и сотрудник Петербургского технологического института. Открыл
пирогенетические превращения нефтепродуктов: разложение нефтяных ос-
татков при температуре выше 300°С с образованием бензиновых и керосине
вых фракций. Впервые из кавказской нефти выделил бензол, толуол, ксилол в
антрацен.
Реакции, протекающие при термокрекинге, имеют радикальную
природу и начинаются с расщепления молекулы углеводорода на два
радикала, которые стабилизируются, расщепляясь на олефин и ради-
кал меньшей величины. Новый радикал, в свою очередь, также может
расщепляться на олефин и меньший радикал. Процесс расщеплении
радикалов может продолжаться в несколько ступеней. Чем больше сту-
пеней, тем больше выход легких продуктов. Поэтому продукты термо-
крекинга очень нестабильны и могут вовлекаться в товарные продукты
в ограниченном количестве. В настоящее время процесс термическою
крекинга утерял практическое значение, будучи заменен более эффек
тивным каталитическим крекингом. Современной разновидностью
термического крекинга является висбрекинг.
Висбрекинг представляет собой термический крекинг тяжелых ос
татков в сравнительно мягких условиях: температура 450—500°С и дан
ление 1,5—3,0 МПа. Время пребывания сырья в реакторе зависит ш
схемы висбрекинга: процесс может полностью осуществляться в печи
при высокой температуре или начинаться в печи, а заканчиваться в m
дельной сокинг-камере. В первом варианте продолжительность реак
ции мала благодаря высокой температуре процесса. Второй, низкотем
пературный, вариант требует меньше топлива и более экономичен, ио
зато сложнее в обслуживании. Какой бы вариант ни был избран, сте-
пень конверсии сырья не превышает 15%. При более высокой конвер-
сии вязкость жидкого остатка начинает увеличиваться и ухудшается ею
физическая стабильность вследствие образования промежуточных
коксообразующих соединений. В результате висбрекинга образуется
продукт с вязкостью, меньшей, чем у исходного сырья. Кроме того, по
лучается немного газообразных продуктов и некоторое количество
бензиновой фракции. При желании из продукта висбрекинга можно
выделить и газойлевые фракции, но их часто оставляют, чтобы обеснс
чить необходимые значения вязкости и температуры застывания. Про
дукт висбрекинга используют как топливо для котельных установок.
В оптимальных условиях выход этого топлива составляет 90—95% мае,,
поэтому бензиновых фракций получается не более 10%. Бензины висО
рекинга характеризуются высоким содержанием серы (0,5—1,0%) в
непредельных углеводородов. Благодаря последнему их ОЧМ состав
ляет 65—66 пунктов. В товарные топлива они не вводятся, а напрапля
ются на вторичную переработку. Обычно в смеси с прямогонными беи
инами их после гидроочистки подвергают риформингу или каталити-
ческому крекингу.
3.4.4.	Пиролиз и коксование
Назначение этих процессов — получение сырья для нефтехимии и
нефтяного кокса. Топливные фракции при этом получаются побочно.
Они отличаются низкой химической стабильностью, большим содер-
жанием смол и ароматических углеводородов.
Процесс пиролиза заключается в нагреве сырья в трубчатых печах
при высоких (800—900°С) температурах и малом времени контакта
(0,3—1,5 с). В этих условиях парафины не только расщепляются, но и
превращаются в более термодинамически устойчивые олефины и дие-
ны, отщепляя водород. Нафтеновые углеводороды претерпевают це-
нтрирование и расщепление кольца, превращаясь частью в олефины и
инены, частью — в ароматические соединения. Ароматические углево-
дороды, которые характеризуются собственной высокой термодинами-
ческой устойчивостью, в превращениях участвуют мало, однако, весь-
ма способствуют смоло- и коксообразованию.
В промышленности реализовано несколько принципиальных схем
процесса пиролиза: в трубчатых печах, термоконтактный — с гетеро-
генным и газообразным теплоносителем. Во всех модификациях про-
цесса образуются газообразная и жидкая фракции, а также кокс, явля-
ющийся продуктом уплотнения. Жидкая фракция, называемая смо-
'юй пиролиза, содержит большое количество олефинов, диенов и аро-
матических углеводородов. Ее выход зависит от давления и температу-
ры в реакторе, а также группового и фракционного состава сырья: он
1см выше, чем больше в сырье нафтенов и чем оно тяжелее. Возможно
шкже получение на базе смолы пиролиза высокооктанового компо-
нента бензина. Октановое число этого продукта составляет 75—85 еди-
ниц (м.м.). Для производства топлив (бензина) наиболее желательна
фракция, выкипающая при температуре выше 100—130°С и не содер-
жащая бензола. Благодаря повышенному содержанию ароматических
углеводородов смолы пиролиза характеризуются хорошими антидето-
пационными свойствами. Однако наличие в них непредельных угле-
водородов, особенно стирола и сопряженных диенов, существенно
 ннжает их химическую стабильность. Тем не менее применять смолу
пиролиза в бензинах в большой концентрации нельзя. Тяжелая фрак-
ция смолы может быть использована при приготовлении печного топ-
шва, не предъявляющего высоких требований к химической стабиль-
ности компонентов, однако при этом следует выполнять ограничение
по температуре вспышки — не ниже 45°С. Возможно также примене-
ние тяжелой смолы пиролиза в составе судовых маловязких топлив.
При коксовании тяжелое нефтяное сырье выдерживают в камерах
при 450—550°С в течение длительного времени (сутки и даже более).
При этом образуются кокс, газообразные и жидкие продукты. С точки
зрения производства топлив наибольший интерес представляет коксо-
вание в атмосфере водорода. Процесс проводят при 460—500°С, давле-
нии 0,6—5 МПа, подаче сырья 0,08 ч“' и водорода — 60—65 ч_|. Выход
дистиллятной фракции при этом составляет 25—40%, а содержание н
ней бензиновой фракции колеблется от 35 до 75%. Чем жестче процесс,
тем меньше образуется жидкого продукта. Поскольку для коксования
берут нефтяные остатки, продукты коксования характеризуются высо-
ким содержанием гетероатомов: серы и азота.
3.4.5.	Каталитический крекинг
Катализаторы в процесс крекинга нефтяных фракций с целью полу-
чения бензина были введены в практику Н. Д. Зелинским и
1920—1922 г. Еще в годы гражданской войны он получил первый совет-
ский крекинг-бензин путем пирогенетического разложения соляровых
масел в присутствии хлористого алюминия. Однако работа с галогени-
дами алюминия представляла большое неудобство, и в середине 30-х
годов появились новые катализаторы. Это были алюмосиликатные ка-
тализаторы, открытые Э. Гудри и составившие целую эпоху в нефтепе-
реработке. С этого времени каталитический крекинг постоянно совер-
шенствовался и к настоящему моменту занял ведущее место во вторич-
ной переработке нефти.
Зелинский, Николай Дмитриевич (1861—1953) — выдающийся советский хн
мик-органик. В 1884 г. окончил Новороссийский университет (Одесса) и ста
жировался в Германии. С 1889 г. профессор Московского университета (с пере-
рывом в 1911-1917 гг.). С 1935 г. одновременно работал в Институте органичес-
кой химии, в организации которого принимал непосредственное участие. Pai-
нообразные работы Зелинского касаются различных областей теоретическом и
практической химии. В частности, он открыл явление дегидроген изационно! о
катализа (1910), осуществил процессы каталитической и пирогенетической
ароматизации нефти, синтезировал многочисленные индивидуальные углево-
дороды. использованные в качестве моделей при изучении состава нефти. Соз-
дал огромную школу, ученики которой внесли большой вклад в теорию катали-
за и развитие каталитических процессов нефтепереработки.
Гудри, Эжен (1892—1962) — американский химик и промышленник. Учился
в Школе Искусств и Ремесел в Париже. Принимал участие в Первой мировой
войне на стороне Франции. С 1923 г. занимался каталитическими процессами
получения искусственного жидкого топлива из угля. Основные работы отно-
сятся к каталитическому крекингу нефти. В 1920-е годы разработал процессе
участием алюмосиликатных катализаторов. В 1930 г. приглашен в США для
внедрения этой разработки в промышленность производства автомобильных
252
бензинов. В 1936 г. построил первый крекинг-завод. В 1948 г. предложил мето-
ды каталитического дожигания жидких топлив с целью повышения КПД энер-
гетических установок. Позднее перенес эти методы на транспортные двигатели
с целью улучшения их экологических характеристик. Таким образом, Гудри яв-
ляется отцом каталитических нейтрализаторов, которыми оборудуются (или
должны оборудоваться) [современные автомобили.
Парафины расщепляются на парафины с меньшей длиной цепи и
олефины. Возможно также расщепление молекулы парафина с образо-
ванием двух молекул олефина и выделением водорода
СюС4Н10 + СЬН |2,
^10^22 —* С4Н8 + сб Н|2+ Н2.
Алкилнафтены отщепляют боковой заместитель в виде соответствуй,
ющего олефина. Циклогексановое кольцо в этих условиях обычно сох-
раняется:
С6Н„-С3Н7-эС6Н12 + С3Н6.
Алкилароматические углеводороды разлагаются двояким образом.
Они могут отщеплять алкил в виде олефина и могут образовывать сти-
рол с отщеплением парафинового углеводорода:
!(.	С6Н5-С3Н7^С6Н() + С3Н6,
с6н5-с4н9 -> с6н5-сн=сн2 + С2н4.
Молекула олефина может расщепляться с образованием двух мо-
лекул олефинов меньшей молекулярной массы:
С.оНго с4н8 + С6Н12.
' Одновременно с этими реакциями протекают изомеризация скеле-
та парафинов и олефинов и образование изомеров диалкилбензолов,
перераспределение водорода, диспропорционирование ароматических
углеводородов (толуол -> бензол + ксилол), полимеризация олефинов.
Участие катализатора приводит к тому, что эти реакции протекают не
по радикальному, а по карбонийионному (карбкатионному) механизму.
Это оказывает большое влияние на выход и состав продуктов крекин-
га. В жидких продуктах преобладают изоалканы.
Скорость каталитического крекинга в одних и тех же условиях на
один-два порядка выше скорости термического крекинга, что объясня-
ется высокой скоростью образования карбкатиона. С очень высокими
скоростями крекируются изопарафины с третичным углеродным ато-
мом и олефины, которые очень быстро образуют карбкатионы.
Важнейшими катализаторами крекинга после хлористого алюми-
ния были природные алюмосиликаты — глины, затем в 1940 г. были
разработаны более удобные и эффективные синтетические аморфные
алюмосиликаты. Все нефтепереработчики хорошо знакомы с этими
253
желтыми или светлокоричневыми, стеклянистыми на вид шариками.
Два-три десятилетия они не имели конкурентов и лишь в 60-е годы ста-
ли постепенно заменяться на кристаллические алюмосиликаты — цео-
литы, точнее, цеолитсодержащие катализаторы.
Однако цеолиты дороги, а по механической прочности и термичес-
кой устойчивости уступают аморфным алюмосиликатам. Поэтому час-
то их наносят на аморфные алюмосиликаты в количестве около 10%.
По эффективности и селективности такие цеолитсодержащие катали-
заторы превосходят аморфные. Катализаторы крекинга теряют свою
активность из-за отравления тяжелыми металлами (V, Ni, Си, Fe), со-
держащимися в тяжелом сырье. Устойчивость катализаторов к ядам
можно повысить, применяя так называемые пассиваторы тяжелых ме-
таллов, наиболее известным из которых является сурьма. Кроме пасси-
ваторов, к катализаторам прибавляют также поглотители оксидов серы
и промоторы дожита оксида углерода, образующихся при регенерации
катализатора.
Каталитический крекинг — основной современный процесс дест
руктивной переработки тяжелых нефтяных фракций. Наиболее часто
используемым сырьем является вакуумный газойль с температурой
конца кипения 560°С, а иногда и выше. Крекингу также подвергают тя
желые фракции вторичных процессов, деасфальтизаты мазутов и гуд
ронов. Желательно отсутствие в сырье бензино-лигроиновых фракций,
не претерпевающих в процессе никаких изменений и являющихся бал
ластом. Фракций, выкипающих до 350°С, рекомендуется иметь в сырье
крекинга не более 10%.
При разработке процесса каталитического крекинга ориентируются
на наибольший выход бензина, часто за счет качества других фракций
Например, легкий газойль каталитического крекинга содержит суще
ственные количества конденсированных ароматических углеводоро
лов, снижающих его химическую стабильность.
3.4.6.	Гидрокрекинг
Гидрокрекинг обеспечивает глубокое каталитическое превращение
сырья при высоком давлении водорода. Этому процессу обычно пол
вергают тяжелые сернистые фракции: газойли, деасфальтизаты гудро
нов, нефтяные остатки. Избыток водорода подавляет побочные реак
ции полимеризации и коксования и позволяет не предъявлять к сырью
слишком высоких требований по содержанию серы.
В общем случае при гидрокрекинге углеводороды претерпеваю!
следующие превращения:
—	парафины — расщепление и изомеризацию;
—	нафтены — изомеризацию, деалкилирование;
254
—	нафтеноароматические углеводороды — деалкилирование, рас-
щепление нафтенового кольца, насыщение ароматического кольца;
—	ароматические углеводороды — деалкилирование, насыщение аро-
матического кольца.
В мягких условиях основными продуктами реакции являются наф-
теновые и нафтеноароматические углеводороды, в жестких — аромати-
ческие, нафтеноароматические, парафиновые и изопарафиновые угле-
водороды.
Условия гидрокрекинга благоприятствуют изомеризации парафи-
нов, причем их содержание в реакционной смеси иногда в 2—3 раза
превышает равновесное. Это объясняется особенностями механизма
реакции. Образующиеся при гидрокрекинге олефины быстро изомери-
1уются в присутствии алюмосиликатных катализаторов, а затем гидри-
руются. Образующиеся изопарафины сорбируются на поверхности
катализатора хуже, чем исходные парафины и олефины, что равноцен-
но выводу изопарафинов из реакционной зоны. Содержание изопара-
финов в легкой фракции крекинга может достигать 85%. Гидрокрекинг
проводят в одну или две стадии. На первой используют стойкие к от-
равлению серой алюмокобальтмолибденовые или алюмоникельмолиб-
1еновые катализаторы, на которых, собственно, осуществляется гидро-
очистка сырья; на второй — подготовленное сырье контактирует с
активными катализаторами на базе металлов VII и VIII групп (никеля,
вольфрама, палладия, платины и др.).
Установки гидрокрекинга могут работать в трех режимах; на бен-
1ин, на дизельное и на реактивное топливо. Выбор целевого продукта
определяет выбор сырья и параметры процесса. Чем легче получае-
мый продукт, тем легче должно быть сырье. Поэтому в США, где
основным продуктом является бензин, гидрокрекингу подвергают
преимущественно дистиллятные фракции, а в странах Европы, ори-
нггированных на выпуск дизельного топлива, — более тяжелые. Чем
шжелее и ароматизированнее сырье, тем большее давление прихо-
дится поддерживать в реакторе во избежание коксования и потери ак-
iявности катализатора. В случае дистиллятных фракций гидрокре-
кинг проводят под давлением 5—15 МПа, более тяжелых — более
15 МПа. Время нахождения сырья в реакционной зоне составляет
несколько секунд; чем больше время реакции, тем легче получаемый
продукт. Кратность циркуляции водорода поддерживается в пределах
500—2000 м3/м3.
Благодаря высокому содержанию изопарафинов октановое число
(исследовательское и моторное) бензиновой фракции составляет около
85. Оптимальным вариантом считается использование легкой фракции
(выкипающей до 85°С) в качестве компонента бензина, а более
тяжелой — в качестве сырья для риформинга.
255
Среднедистиллятные фракции, содержащие много нафтенов, реко-
мендуются для приготовления реактивных топлив. Они характеризу-
ются высокой термической и химической стабильностью, низкой тем-
пературой застывания, большой высотой некоптящего пламени. Эти
же фракции весьма желательны и в дизельных топливах.
Вариантом гидрокрекинга является так называемый селективный
гидрокрекинг, суть которого заключается в избирательном превраще-
нии «-парафинов на высококремнеземных цеолитсодержаших ката-
лизаторах. В этом процессе при 100%-м превращении парафинов ос-
тальные углеводороды затрагиваются лишь на несколько процентов.
Высокая селективность процесса приводит к тому, что основная масса
продукта реакции (80% и выше) выкипает в тех же пределах, что и
сырье.
3.4.7.	Гидроочистка, обессеривание, деароматизация
Гидроочистка. Не будет большим преувеличением утверждать, что
гидроочистка является важнейшим процессом современной нефтепе-
реработки. Ее используют для очистки товарных топлив от серы и
ароматических углеводородов, а также для подготовки сырья, направ-
ляемого на риформинг, каталитический крекинг и другие процессы,
катализаторы которых чувствительны к соединениям серы, азота и ме-
таллов.
Процесс гидроочистки основан на том, что под действием водорода
на эффективных гидрирующих катализаторах соединения серы и азота
разлагаются с выделением сероводорода и аммиака, а непредельные
углеводороды гидрируются по двойной связи, причем реакцию эту
можно проводить селективно, гидрируя, например, диены и не
затрагивая олефины:
R-S-R + 2Н2 -> 2RH + H2S,
R-CH=CH-CH=CH2 + Н2 -> r-ch2ch2-ch=ch2.
Металлсодержащие соединения разлагаются до металла, который
отлагается на катализаторе. Степень удаления металлов обычно состав-
ляет 75—95%.
В общем случае гидроочистке легче подвергаются серосодержащие
соединения, с трудом — ароматические углеводороды и хуже всего
соединения азота. Кислородсодержащие соединения занимают про
межуточное место. Гетероатом, находящийся в кольце, гидрируется
хуже гетероатома алифатической цепи. Для эффективного удаления
ароматических углеводородов до значений 10—20% об. требуются бо
лее жесткие условия (например давление более 7 МПа), чемдляудалс
ния серы.
256
Современные катализаторы гидроочистки держатся в секрете.
Классическим в своем роде катализатором является алюмокобальт-
молибденовый, содержащий 2—4% Со и 2—15% МоО3 на оксиде алю-
миния. Он устойчив к ядам, отложениям железа, свинца, мышьяка, ва-
надия, но следует заметить, что отложения металлов затрудняют его
регенерацию. Этот катализатор, а также алюмоникельмолибденовый
жсплуатируется на большинстве современных установок.
На гидроочистку направляются разнообразные дистиллятные
фракции. Необходимый для этого водород получают в процессе ри-
форминга. Если по каким-либо причинам на заводе установка рифор-
минга отсутствует, то возникают проблемы. В этом случае основным
источником водорода может быть конверсия углеводородов с водяным
паром, но при этом необходимо следить за наличием в водороде
оксида углерода, к которому катализаторы риформинга очень чувст-
вительны.
Условия гидроочистки зависят от обрабатываемого продукта и его
назначения. Примерные показатели представлены ниже.
Сырье	Давление, МПа	Температура, °C	Объемная скорость, ч-1	Циркуляция водородсодержа- щего газа, нм3/м3
бензин для риформинга	2-3	340-360	5-10	300
Керосин	3,5	350	4,5-12	300
Осветительный керосин	2-3	360	3-7	120
Прямогонное дизельное топливо	3-4	350-400	2-5	300-1000
При гидроочистке удаляются сера, смолы и металлы, а также час-
тично азотистые и непредельные соединения. Содержание серы и азо-
та в прямогонной бензиновой фракции после гидроочистки на алюмо-
кобальтмолибденовом катализаторе может составлять 0,5 млн-1.
Окислительная демеркаптанизация позволяет превратить меркапта-
ны в сульфиды:
2RSH + 0,5О2 -> RSSR + Н2О.
В качестве окислителя может быть использована сера («Доктор-
процесс», в котором нефтепродукт обрабатывают воднощелочным
раствором плюмбита натрия и серы). В другом процессе «Мерокс» ис-
пользован молекулярный кислород в присутствии катализатора: соли
металлов и фталоцианины.
Существует два основных промышленных способа окислительной
демеркаптанизации. По первому меркаптаны извлекают из нефтяных
I7-44S
257
фракций 10—20%-м водным раствором NaOH в виде меркаптидов, ко-
торые затем подвергаются каталитическому окислению:
RSH + NaOH -> RSNa + Н2О,
2RSNa + l/2O2 -> RSSR + NaOH.
Лучше всего экстрагируются меркаптаны с длиной углеводородной
цени, содержащей 1—3 атома углерода, бутилмеркаптаны экстрагиру-
ются плохо, а более тяжелые в щелочной раствор практически не пере-
ходят. Поэтому такой процесс пригоден для очистки легких фракций.
Разложение меркаптида натрия можно осуществлять термически:
RSNa + Н2О -> RSH + NaOH,
либо на катализаторах (фталоцианины кобальта или железа, нанесен-
ные на активные угли) при 40—50°С, подавая воздух для окисления пол
давлением 0,4—0,5 МПа.
Второй способ представляет собой непосредственное окисление
меркаптанов без экстракции. Для этого сырье предварительно защела-
чивают 1%-м водным раствором NaOH, удаляя тем самым сероводо-
род и нафтеновые кислоты. Подготовленное сырье смешивают с ката-
лизаторным комплексом (10% от сырья) и полутора кратным избыт-
ком воздуха. Смесь под давлением 1,2 МПа и температуре 50—6О°С ин-
тенсивно перемешивают, так как реакция гетерогенна: меркаптаны
С>4 в водную фазу практически не переходят. Катализаторный комп-
лекс представляет собой водный 2—20%-й раствор щелочи и 0,005%
фталоцианина металла (кобальта). В результате остаточное содержа
ние серы не превышает 5 млн-1.
Часть избытка воздуха расходуется на окисление углеводородон,
фенолов и азотистых соединений с образованием окрашенных продук-
тов, снижающих химическую стабильность топлива. Для очистки ш
них демеркаптанизат пропускают через слой глины.
Разработаны также и применяются в промышленности процессы
«сухого» окисления, не требующие водного раствора щелочи.
Демеркаптанизация выгодна в тех случаях, когда обрабатываемое
топливо соответствует всем требованиям стандарта, кроме показателя
«меркаптановая сера». Капитальные вложения в установку демеркап-
танизации почти в 12 раз ниже, чем в установку гидроочистки. В нее
колько раз меньше и потери сырья в процессе. Поэтому себестоимос и.
демеркаптанизированной керосиновой фракции на несколько пропен
тов ниже, чем соответствующей гидроочищенной.
Биокаталитическое обессеривание нефтепродуктов исследовано и
опытном варианте. Этот процесс протекает при невысоких темперам
рах и давлении, не требует водорода и больших капитальных затр;п и
заключается в обработке нефтепродукта серопоглощающими бактерп
258
ими (биокатализатор) в присутствии химических реагентов в водной
фазе. Есть анаэробный и аэробный (более быстрый) варианты. Недос-
татком процесса является то, что скорость его ограничена и определя-
ется скоростью усвоения серы бактериями. Возникает также проблема
утилизации отработанного биокатализатора и большого количества
сточных вод.
Деароматизация. Концентрация ароматических углеводородов и
особенно бензола в бензиновых фракциях может быть снижена селек-
тивным гидрированием, при котором бензол, толуол и другие аромати-
ческие углеводороды превращаются в соответствующие им нафтено-
вые. Для этого бензиновую фракцию гидрируют на катализаторе при
150—450°С под давлением около 3 МПа. Гидрирование среднедистил-
нятных фракций протекает в более жестких условиях, чем бензиновых:
ври повышенном давлении и меньшей объемной скорости подачи
сырья. Если проводить процесс в две стадии, сочетая гидроочистку на
катализаторах гидрообессеривания и гидродеароматизации, то удале-
ние серы и ароматических углеводородов происходит полнее, а получа-
емый продукт пригоден для выработки экологически улучшенных (со-
держащих не более 0,1% серы и 20% ароматических углеводородов) ди-
зельных топлив.
3.4.8.	Риформинг
Каталитический риформинг представляет собой процесс арома-
тизации нефтяных фракций и базируется на реакциях дегидрирова-
ния, дегидроизомеризации циклопарафинов и дегидроциклизации
парафинов. Побочно протекают изомеризация и гидрокрекинг пара-
финов, а образующиеся в результате крекинга олефины могут уплот-
няться с образованием смол и кокса. Процесс протекает в присут-
 шин катализаторов. Первым промышленным катализатором был
ксид молибдена на алюмооксидном носителе. В годы Второй миро-
"<>ii войны он широко применялся для получения высокооктановых
। "мпонентов авиационных бензинов и толуола. На рубеже 40—50 гГ.
му на смену пришли более эффективные платиновые катализаторы,
' вторые в виде различных модификаций применяются и в настоящее
нрсмя. Обычно они содержат 0,3—0,6% платины на оксиде алюми-
ния. Для повышения эффективности и селективности платину про-
пируют добавками меди, серебра, цинка, кадмия, марганца, ред-
  земельных и других металлов. Катализаторы получают путем про-
питки гранул А12О3 растворами кислот и солей металлов, например
n,PtCl6.
Катализаторы предъявляют особые требования к качеству сырья,
 рсжде всего к содержанию каталитических ядов: соединений серы,
259
азота, меди, свинца, мышьяка, а также непредельных углеводородов,
являющихся причиной отложений кокса. Предельные нормы содержп-
ния примесей следующие:
Непредельные углеводороды	0,5%
Сера	0,5 млн-
Азот	0,5 млн-1
Свинец	20 мг/т
Мышьяк	1 мг/т
Медь	25 мг/т
Для этого сырье, направляемое на риформинг, предварительно под
вергают гидроочистке.
В качестве сырья риформинга используют прямогонные бензино
вые фракции нефтей и газовых конденсатов, а также вторичные дис-
тилляты, выкипающие в пределах 85— 180°С, но вовлекать их в сырье
риформинга в количестве, большем чем 10%, не рекомендуется. Болес
низкокипящие углеводороды ароматизации практически не подверга-
ются. Верхний предел выкйпания задан требованиями к концу кипе-
ния товарного бензина (у риформата конец кипения на 10—25°С выше,
чем у сырья).
3.4.9.	Алкилирование
Реакция алкилирования используется в двух процессах нефтепере-
работки: для получения высокооктанового компонента авиационных и
автомобильных бензинов при помощи алкилирования изопарафиноп
олефинами; для снижения концентрации бензола путем алкилирова-
ния соответствующей бензиновой фракции риформинга.
Алкилирование изопарафинов олефинами было открыто в лаборатории
В. Н. Ипатьева в ГИВД (Государственный институт высоких давлений).
В качестве катализатора использовался хлористый алюминий, промо-
тированный хлористым водородом. Затем была предложена серная
кислота.
Ипатьев, Владимир Николаевич (1867-1952), выдающийся русский химик,
выпускник Михайловской Артиллерийской академии (Санкт-Петербург), ос-
нователь и директор ГИВД. Основное направление научных исследований —
катализ при высоких температурах и давлениях. Ему принадлежат промышлен-
ные методы синтеза ряда химических соединений. В нефтепереработке разра-
ботал технологию получения полимербензинов, процессы алкилирования и
изомеризации с целью получения высокооктановых компонентов бензинов,
варианты крекинга и риформинга. В 1930 г. эмигрировал в США, где работал и
университете штата Иллинойс и в компании UOP.	. j
260
В основе процесса алкилирования лежит реакция присоединения
изопарафина подвойной связи олефина, которое возможно благодаря
йегкому разрыву связи С—Н при третичном атоме углерода:
h-CH(CH3)2 + CH2=CH(CH3)-R‘ -> R-C(CH3)2CH2-CH(CH3)-R'.
' Побочно образуются олигомеры олефинов, циклические углеводо-
роды, а также протекают реакции крекинга олефинов, деструктивного
.икилирования и автоалкилирования изопарафинов, которые под
к-йствием кислоты дегидрируются в олефины. Все эти реакции, в том
теле и автоалкилирование, нежелательны, поскольку снижают выход
илкилата и его октановое число.
В качестве изопарафинового сырьевого компонента процесса ис-
пользуют изобутан, значительные количества которого содержатся в по-
путных нефтяных газах и газах нефтепереработки. Его ресурсы достаточ-
но свободны: как компонент бензинов он нежелателен из-за высокого
давления насыщенных паров, а в химической промышленности широ-
кого применения он также не нашел. Кроме того, по условиям процесса
изобутан — наиболее оптимальный вид сырья: алкилаты из высших изо-
парафинов имеют меньшие октановые числа, чем из изобутана.
В качестве алкилирующих агентов используют олефины С3—С5.
Этилен образует с серной кислотой устойчивые сульфаты, и реакция
практически не идет. На практике используют смесь бутиленов, кото-
рая получается в различных процессах нефтепереработки. Для подав-
ления полимеризации используют 4-10-кратный избыток изобутана
по отношению к олефинам.
Октановые числа алкилата, получаемого из олефинов на различных
катализаторах, составляют 89—95 ед., причем разница между значения-
ми, определенными моторным и исследовательским методами, прак-
тически равна нулю.
Алкилирование бутенами проводят при температуре 5-13, а пропи-
леном — 10—22°С, несколько теряя в выходе целевого продукта. При
алкилировании в присутствии H2F2 оптимальные температуры немно-
го выше, чем для H2SO4. Это ускоряет процесс и облегчает проблему
отвода теплоты реакции. Давление большой роли не играет, на практи-
ке обычно оно таково, чтобы обеспечить протекание реакции в жидкой
фазе (для фракции С4 — 0,35-0,4 МПа). Продолжительность реакции
при оптимальном значении других параметров составляет 15-30 минут.
При этом требуется эффективное перемешивание реакционной массы,
иначе реальное время контакта сырья с катализатором, находящихся в
разных фазах, будет меньше.
С экологической точки зрения алкилат как компонент бензинов яв-
ляется весьма желательным продуктом. К его достоинствам относятся
низкая летучесть (впрочем продукт алкилирования на Н F содержит по-
261
вышенное количество пропана и требует депропанизации), полное от-
сутствие ароматических углеводородов, хорошая химическая стабиль-
ность и высокие значения октановых чисел.
Алкилирование бензинов риформинга. Во фракции риформинга, вы-
кипающей до 85°С, содержится большое количество бензола. Для сни-
жения его концентрации фракцию алкилируют легкими олефинами:
этиленом, пропиленом в присутствии катализаторов (цеолиты) при
400—450°С. Степень превращения бензола достигает 85—90%. Так как
октановое число бензола ниже, чем его гомологов1, антидетонациои-
ная эффективность алкилированной фракции на 5—13 единиц выше,
чем исходной. Общая масса бензина при этом увеличивается. Недос-
татком метода можно считать то, что алкилирование бензола приводит
к повышению концентрации ароматических углеводородов в бензине,
но это является меньшим злом по сравнению с содержанием индиви-
дуального бензола.
Алкилирование (этерификация) вторичных бензинов. Олефины бензи-
новых фракций, полученных деструктивными процессами, могут быть
проалкилированы метанолом или этанолом с получением соответству-
ющих простых эфиров типа МТБЭ. Этот способ позволяет снизить
концентрацию олефинов в бензинах и повысить октановое число, нс
добавляя специально приготовленных оксигенатов. Процесс осущес-
твляют, пропуская смесь бензина и метанола при нагревании через ка-
тализатор под небольшим давлением. Количество метанола в смеси
составляет 10-20%, в реакции он расходуется не полностью, и его при-
ходится отмывать от реакционной массы. Это является недостатком
метода, так как сопровождается образованием большого количества
промывных вод и некоторой потерей углеводородов. Однако в конеч-
ном счете общая масса бензина увеличивается на 4—7%. Этерифициро-
ванный бензин характеризуется более высокой плотностью и лучшими
(на 5—Ю единиц) антидетонационными свойствами.
3.4.10.	Изомеризация
Процесс изомеризации основан на том, что при действии кислот
ных катализаторов на парафиновые углеводороды получается термоди
намически равновесная смесь, содержащая нормальные и разветвлен
ные молекулы. Чем выше молекулярная масса углеводорода, тем боль
ше в равновесной смеси парафинов изостроения. Однако чаще всего
изомеризации подвергают углеводороды фракций С4—С6. Из бутана
получают изобутан, направляемый на алкилирование олефинами или
получение изобутилена — сырья для МТБЭ; из пентана и гексана
Октановые числа смешения (и.м.) бензола, толуола и кумола соответствепии
составляют 99, 124 и 132 ед.
262
высокооктановые компоненты бензинов. Октановые числа изомериза-
тов парафинов с большей длиной углеводородной цепи лишь немно-
гим выше, чем октановые числа исходного сырья, поэтому подвергать
их изомеризации нет смысла. Однако парафины фракций С|()— С20 под-
вергают изомеризации с целью получения компонентов низкозастыва-
ющих реактивных и дизельных топлив.
В качестве катализаторов используют кислоты Льюиса. Самым пер-
вым был хлористый алюминий, промотированный протонной кисло-
той (обычно галогеноводородом). Кроме того, в реакционной смеси
необходимо наличие хотя бы следов олефина. Это объясняется меха-
низмом реакции, которая, как общепризнанно, протекает через карбо-
катион по схеме:
R—СН=СН—СН3 + H+<-> R-C+CH2-CH3o
R-CH(CH3)CH2+<-> R-C+(CH3)CH3.
Каталитическое действие галогенидов алюминия в реакциях изомеризации
и других превращениях углеводородов открыл русский химик Г. Г. Густавсон.
Густавсон, Гавриил Гавриилович (1843—1908) — русский химик-органик, уче-
ник А. М. Бутлерова. В 1865 г. окончил Петербургский университет. Работал в
Петербургском университете и Петровской Земледельческой и Лесной акаде-
мии в Москве. Основные работы относятся к изучению каталитического
действия галогенидов алюминия на реакции углеводородов (алкилирование,
изомеризация, крекинг) и синтезу малых циклов (впервые получил циклопро-
пан). Работы Густавсона были использованы Ш. Фриделем и Д. Крафтсом при
разработке технического метода синтеза алкилбензолов.
Особенности механизма зависят от типа катализатора. Наиболее
распространены в настоящее время алюмоплатиновые, промотиро-
ванные фтором или хлором, и металлцеолитные катализаторы — дека-
тионированные или кальциевые формы, содержащие платину или
палладий и промотированные добавками катионов металлов, напри-
мер лантана.
С повышением температуры количество разветвленных молекул в
равновесной смеси снижается, однако для ускорения реакции на прак-
тике поддерживают повышенную температуру, для разных катализато-
ров разную. Для алюмоплатиновых, промотированных фтором или
хлором, она составляет соответственно 360-420 и 260—400°С, для ме-
таллцеолитных — 100—200°С, для фторидных — 20—50°С. Кроме изоме-
ризации побочно протекают крекинг и гидрокрекинг парафинов. Об-
разующийся при крекинге кокс снижает активность катализатора,
поэтому реакцию проводят в атмосфере водорода.
При повышении давления водорода скорость изомеризации растет,
но с какого-то момента начинается конкуренция между водородом и
углеводородом за активные центры катализатора и скорость процесса
снижается. Сырьем для изомеризации являются бутан, легкие бензи-
новые и среднёдистиллятные фракции, содержащие как можно больше
парафинов. Сырье не должно содержать каталитических ядов, а также
большого количества нафтеновых и ароматических углеводородов.
В водороде, кроме прочего, нормируется содержание СО и СО2.
Выход продуктов в многоступенчатом процессе изомеризации
составляет 98—99%. ОЧИ изомеризатов фракции С5 колеблется в
пределах 88—92, фракции С6 — 84—92. Высокие октановые числа сме-
шения изопарафинов, отсутствие ароматических углеводородов дела-
ют изомеризаты хорошим сырьем для автобензинов. К недостаткам
относится довольно высокое давление насыщенных паров, которое для
изопентановой фракции составляет 134 кПа (1010 мм рт. ст.).
3.4.11.	Олигомеризация
При наличии избыточных ресурсов олефины, образующиеся в про-
цессах нефтепереработки, могут быть подвергнуты ди- и тримеризации
с получением малолетучих высокооктановых компонентов:
2СН3СН2СН=СН2 -> СН3СН2СН(СН3)СИ2СН = СНСН2.
Разработано множество процессов олигомеризации, различающих-
ся выбором сырья, катализаторами и условиями ведения процесса.
Олигомеризации, например, подвергают бутены, остающиеся после
извлечения из бутан-бутиленовой фракции изобутилена, направляемо-
го на получение МТБЭ. В процессе реакции, протекающей при
30—40,,С и под давлением (в жидкой фазе) в присутствии катализато-
ров, образуется смесь димера (66%), тримера (17%) и высших олигоме-
ров (17%) с октановым числом по моторному и исследовательскому
методам соответственно около 85 и 95.
Недостаток олигомеров олефинов заключается в том, что сами они
тоже являются олефинами. Это снижает химическую стабильность со-
держащих их топлив. Кроме того, высока их чувствительность. Поэто-
му в производстве бензинов роль олигомеров олефинов невелика.
3.4.12.	Синтез МТБЭ и его аналогов
МТБЭ получают, алкилируя метанолом изобутилен в присутствии
кислотных катализаторов, например катионитов. Метанол является
многотоннажным продуктом большой химии. Он может быть получен
разными способами. В России, располагающей огромными запасами
дешевого природного газа, основным способом получения метанола
является конверсия метана в синтез-газ (смесь оксида углерода и водо-
рода) с последующим получением метанола. Изобутилен выделяют гн
продуктов нефтепереработки: фракций пиролиза и каталитического
крекинга. В связи с тем, что спрос на бутиленовые фракции растет и
264
они становятся дефицитом, в реакцию алкилирования вовлекают дру-
гие олефины, например изоамилены. В этом случае получают метил-
гретамиловый эфир, МТАЭ. По ряду показателей он даже лучше, чем
МТБЭ. Некоторые технологии предусматривают использование оле-
финсодержащих фракций крекинга и пиролиза без выделения индиви-
дуальных соединений. Об этом говорится в разделе 3.4.9.
Этерификация вторичных бензинов. Олефины бензиновых фракций,
полученных деструктивными процессами, могут быть проалкилирова-
ны метанолом или этанолом с получением соответствующих простых
эфиров типа МТБЭ. Этот способ позволяет снизить концентрацию
олефинов в бензинах и повысить их октановое число, не добавляя спе-
циально приготавливаемых оксигенатов. Процесс осуществляют, про-
пуская смесь бензина и метанола через кислотный катализатор под не-
большим избыточным давлением. Количество метанола в смеси сос-
тавляет 10—20%, в реакции он расходуется далеко не полностью и его
приходится отмывать от реакционной массы. Это является недостат-
ком метода, так как сопровождается образованием большого количест-
ва промывных вод и заметной потерей углеводородов. Однако за счет
метанола общая масса бензина увеличивается на 4—7%. Этерифициро-
ванный бензин характеризуется более высокой плотностью и лучшими
(на 5—10 единиц) антидетонационными свойствами.
г:
i
•ч.
in
!'>
ИЦ
265
4.	СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ТЕХНИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ
4.1.	Виды и назначение смазочных
материалов
К. смазочным материалам относятся масла, пластичные смазки,
твердые смазочные покрытия и смазочно-охлаждающие технологи-
ческие средства (СОТС), которые также называют смазочно-охлажда-
ющими жидкостями (СОЖ). В наибольшем объеме используются
смазочные масла. Этому способствуют их сравнительно невысокая
стоимость и удобство применения. Пластичные (раньше их называли
консистентными) смазки применяют в таких узлах трения, где ис-
пользование жидких масел затруднено или нерационально. В редких
случаях, когда непригодны и пластичные смазки, на трущиеся поверх-
ности наносят твердые смазывающие покрытия. СОТС используются
в процессах металлообработки для продления срока службы режущего
инструмента и повышения качества поверхности обрабатываемой
детали.
Основное назначение всех видов смазочных материалов — обеспе-
чить снижение трения и износа в трущихся деталях механизмов. Это
позволяет повысить механический КПД двигателя, защитить трущи-
еся пары от износа и заеданий. Вторая их важная роль — теплоотвод
от двигателя и нагревающихся при трении деталей. Кроме того, смаз-
ка защищает детали от коррозии, смывает и удаляет загрязнения,
обеспечивает уплотнение, а в некоторых случаях — выполняет специ-
альные задачи: например, служит разделяющим слоем между формой
и отливкой.
К смазочному материалу предъявляется также ряд факультативных
требований, не связанных с его рабочими функциями, но необходимых
с точки зрения эргономических и экологических свойств. Масла и
смазки должны быть нетоксичными, не обладать неприятным запахом,
не загрязнять окружающую среду, быть биостойкими, а в определен-
ных условиях и биоразлагаемыми. Они должны хорошо совмещаться с
конструкционными материалами, фильтроваться и прокачиваться, нс
образовывать пену при контакте с воздухом. Пластичные смазки долж-
ны удерживаться в узле трения, не высыхать при действии высоких
температур, не упрочняться в процессе работы. Специальные смазоч-
ные материалы должны удовлетворять особым требованиям, например
быть стойкими к контакту с агрессивными средами, обладать высоким
266
удельным электрическим сопротивлением, или напротив, хорошей
проводимостью.
При составлении технических требований к смазочным материалам
подбирают такие показатели качества, которые обеспечивают перечис-
ленные выше рабочие и факультативные свойства. Прежде всего это
физико-химические характеристики. У смазочных материалов различ-
ного вида они различны.
4.2.	Классификация и маркировка
смазочных масел
4.2.1.	Общий ассортимент
Смазочные масла подразделяются на индустриальные, использую-
щиеся для смазывания технологического оборудования (их маркиров-
ка начинается с буквы «И»), моторные, предназначенные для смазыва-
ния непосредственно деталей двигателя (маркировка — с буквы «М») и
трансмиссионные — для смазывания деталей механических передач
(маркировка — с буквы «Т»), Для предохранения металлических дета-
лей при хранении и транспортировке используют консервационные мас-
ла. Существуют также компрессорные, кабельные, турбинные и другие
масла. Их общую сводку мы приводим ниже, а более подробные сведе-
ния о них можно получить в любом справочнике по горюче-смазочным
материалам. В основе показателей качества масел и их классификации
нежит вязкость, как главное свойство, определяющее смазывающую
способность. Чем выше вязкость, тем эта способность лучше, но тем
больше усилий должен затратить механизм на сопротивление вязкого
масла в узле трения. Поэтому ищут золотую середину. Приходится так-
же учитывать, что вязкость зависит от температуры. В связи с этим су-
ществует деление на летние, зимние и универсальные всесезонные сор-
та. Для того чтобы масла можно было сравнивать по вязкости, этот по-
казатель определяют при определенном значении температуры, которое
считают характерным для данного масла. Для индустриальных масел
это обычно 40°С*, для моторных — 100°С. Нормируемое значение вяз-
кости ставится сразу после буквенного индекса масла. Условия работы
масел различного назначения и требования к ним приведены в табл. 23.
4.2.2.	Индустриальные масла
Отечественная классификация подразделяет индустриальные масла
по вязкости и назначению. Предусмотрено 18 классов вязкости; обоз-
' '40°С — это не что иное, как округленное 37,8°С, то есть 100°Е
267
Таблица 23
Назначение и условия работы смазочных масел
Назначение масла	Условия работы	Основные требования
Индустриальное Моторное Трансм иссионные Энергетические (турбинные, компрессорные) Электроизоляционные (трансформаторные, конденсаторные и ка- бельные) Конссрвацион н ые	Большой диапазон нагрузок и скоростей. Не очень широкий разброс температур. Возможен контакт с водой и агрессивными средами Большие перепады температур: от -50 до 300"С. Возможно загрязнение топли- вом и продуктами сгорания Перепад температур от -50 до 150°С. Высокие удельные нагрузки в зоне зацепления зубьев шестерен Смазывание и охлаждение подшипников турбоагрегатов Длительная работа (десятки лет) в условиях высоких электрических напряжений, возможного возникновения электрической дуги. Не очень жесткие температурные условия Длительная зашита металлических деталей от воздействия влаги и кисло- рода воздуха. Не очень жест- кие температурные условия	Высокие смазывающие, а нтикоррозион н ые и антиокисл ител ьн ые свойства Высокие смазывающие, моющие, охлаждающие и антиокисл ител ьные свойства Высокие противоизносные. антифрикционные и а нти коррозион н ые свойства. Способность эффективно отводить тепло Высокие антиокислител ь- ные, антикоррозионные и деэмульгирующие свойства Высокие антиокислительнан стабильность и электроизол я цион н ые свойства. Способность эффективно отводить тепло Высокие антикоррозионны!' свойства, адгезия и водостойкость
начение класса фактически представляет собой среднюю вязкость при
40°С. В таблицах ХХ-ХХП помещена российская классификация инду
стриальных масел по вязкости, назначению и эксплуатационным свой
ствам.
Маркировка индустриальных масел по ГОСТ 17479.4—87 содержит
букву «И» (индустриальные), через дефис — принадлежность к труп
пе по назначению, через дефис — принадлежность к подгруппе по
эксплуатационным свойствам, через дефис — класс вязкости. Напри
мер, И-Л-А-7 — индустриальное без присадок для легконагруженных
узлов класса вязкости 7. Однако в обиходе такая маркировка исполь
зуется редко, а распространена более привычная старая. По этой мар-
кировке упомянутое выше масло имеет обозначение И-5А. В основе
классификации индустриальных масел лежит вязкость (табл. XXI 11)1
а также назначение и условия работы (табл. XXIV—XXV). Требования
268
I некоторым индустриальным маслам общего назначения приведены
п габл. XXVI.
В индустриальные масла, использующиеся в тяжелонагруженных и
। ысокоскоростных механизмах, добавляют противоизносные, антио-
> целительные, антикоррозионные и антипенные, а иногда — депрес-
<>рные присадки. Масла с присадками часто называют легированны-
III. Характеристики некоторых легированных масел общего назначе-
ния приведены в табл. XXVII.
4.2.3.	Моторные масла
Вначале уделим некоторое внимание классификации моторных масел, ко-
юрая применялась в России до 1974 г. Это необходимо для того, чтобы читать
। гарую техническую литературу. Кроме того, воспоминания об этой классифи-
кации еще свежи у старшего поколения. Масла имели буквенно-цифровую
маркировку. Буквами обозначались область применения масла и способ его
очистки; цифрами — вязкость в сСт (мм2/с) при 100°С. Первая буква соответ-
ствовала назначению масла: А (автолы) — масла для карбюраторных двигате-
лей, Д (дизельные) — для автотракторных и судовых дизелей, М (моторные) —
иля поршневых авиационных двигателей, МТ (моторно-транспортные) — для
транспортных дизелей. Способов очистки масляных фракций использовалось
та: кислотная, постепенно утрачивающая свое значение и современная селек-
твная. Выбор способа очистки влиял на качество масла, и его указывали в
маркировке при помощи букв соответственно «К» и «С». Применялись также
индексы «п» и «з», которые означали, что масло содержит присадки («п»), при-
чем наличие загущающих присадок отмечалось особо («з»).
Современная классификация также основана на комбинации букв
и цифр, но более подробна. Так как кислотная очистка в их производ-
стве уже не используется, отпала необходимость в буквах «К» и «С».
Стал ненужным и индекс «п», поскольку современных моторных масел
без присадок не бывает. Маркировка начинается с буквы «М» (мотор-
ное), затем указывается класс масла по вязкости, затем класс по усло-
виям применения. Например, масло М6/10Г! — всесезонное моторное
масло для высокофорсированных карбюраторных двигателей класса
вязкости 6/10. Обозначение класса вязкости представляет собой ус-
редненное значение кинематической вязкости при 100°С. Моторные
масла в общем случае имеют большую вязкость, чем индустриальные,
так как им приходится работать в нагретом двигателе при повышенных
температурах. Проблемой является то, что при охлаждении вязкость
масла сильно увеличивается. Из-за этого пуск холодного двигателя за-
труднен. Поэтому на практике приходится нормировать вязкость мас-
ла при разных температурах и различать летние и зимние сорта. Обес-
печение оптимальной вязкости масла при разных температурах предс-
тавляет непростую задачу. Она облегчается, если использовать специ-
269
альные загущающие добавки. Состав таких добавок и принцип их
действия рассматриваются в разделе 4.4.4. Масла с загущающими до-
бавками имеют индекс «з». Зависимость их вязкости от температуры
такова, что они могут использоваться в качестве всесезонных. Масла
без индекса «з» могут использоваться только летом. Таким образом, ин-
декс «з» означает не «зимнее», как думают некоторые, а «загущенное».
Отечественная классификация моторных масел по вязкости представ-
лена в табл. XXVIII. Классы с 4.s по 63 относятся к зимним маслам,
классы с 6 по 20 — летним, а классы, имеющие дробное обозначе-
ние, — ко всесезонным. При этом в числителе указывается класс вяз-
кости при температуре -18°С, в знаменателе — при 100°С. Как мы
видим, в этой маркировке буква «М» относится ко всем моторным мас-
лам вообще, а не только к авиационным. Тип двигателя учитывается и
обозначении подгруппы по условиям работы: подстрочный индекс 1
относится к маслам для карбюраторных, а 2 — для дизельных двигате-
лей. Следует также иметь представление о классификации масел по
SAE (Society of Automotive Engineers), которая в настоящее время ши-
роко распространена в большинстве стран мира, в том числе и в России
(табл. XXIX). Эта классификация учитывает больше показателей, чем
отечественная. Для зимних масел нормируются значения динамичес-
кой вязкости и прокачиваемости при отрицательных температурах, ко-
торые позволяют оценить возможность пуска и работы холодного дви-
гателя. Всесезонные классы по SAE также имеют дробное обозначение.
Между отечественной классификацией и классификацией по SAE
установлено соответствие (табл. XXX).
Вторым критерием классификации масел являются условия, в кото-
рых масла могут успешно работать (Табл. XXXI). В этой классифика-
ции предусмотрены группы А и Б, относящиеся к маслам, работающим
в очень легких условиях. Однако такие масла в двигателях практически
не используются. В наибольшем объеме вырабатываются масла группы
Г. Их наиболее известными представителями являются масла Мбу12Г(
(«жигулевское») и М-8Г2к («камазовское»). Индексы 1 и 2 обозначают,
что масла предназначены соответственно для карбюраторных и дизель-
ных двигателей.
За рубежом широко используется классификация Американского
нефтяного института (API). При этом масла для карбюраторных двига-
телей относятся к категории S, а масла для дизелей — к категории С
(табл. XXXII)*. Эксплуатационные группы по классификациям рос-
сийской и SAE соотносятся так, как это показано в табл. XXXIII.
Существует также европейская система качества (АСЕА — Association des
constructeur d’automobiles europ ens), согласно которой масла делятся на три
категории: А — для бензиновых двигателей, В — для дизелей легковых автомо-
* Новая классификация — см. табл. LIX.
270

Рилей, Е — для больших дизелей. После буквы стоит цифра, уточняющая каче-
ство: 1 — масло для современных двигателей, обладающее дополнительно так
называемыми энергосберегающими свойствами, энергосберегающие масла1;
.' — обычное масло для современных двигателей; 3 — перспективное масло.
( «отношение между классами АР и АСЕА приводятся в табл. XXXIV.
В качестве примера в табл. XXXV приведены характеристики неко-
юрых наиболее употребительных моторных масел группы Г.
В табл. XXXVI—XLI приведены комплексы методов квалификаци-
онной оценки моторных масел.
4.2.4.	Трансмиссионные масла
В России к трансмиссионным маслам относятся масла для механи-
ческих трансмиссий, а масла для гидродинамических и гидрообъемных
передач рассматриваются отдельно. ГОСТ 17479.2—85 предусматривает
четыре класса вязкости трансмиссионных масел (табл. XL11), а класси-
фикация SAE — 6 классов (табл. XLI1I). Как соотносятся эти классы
между собой, показано в табл. XLIV. В табл. XLV представлено деление
|рансмиссионных масел по условиям эксплуатации, а в табл. XLVI —
соответствие этого деления классификации SAE.
Маркировка трансмиссионных масел по ГОСТ 17479.2—75 включает
в себя буквы «ТМ», группу по условиям применения и класс вязкости.
Могут также использоваться индексы «з» — загущенное и «п» — с при-
садками, а также буквосочетание «РК», обозначающее, что масло может
использоваться как рабоче-консервационное. Например, ТМ-3—93 —
трансмиссионное масло третьей группы, девятого класса вязкости, с
(агущающей присадкой. Однако на практике такой маркировкой поль-
|уются редко, предпочитая исторически сложившуюся маркировку. Это
вынужден признать даже упомянутый ГОСТ, в котором даются
соответствия стандартной маркировки существующим обозначениям
(габл. XLVI1). Характеристики некоторых трансмиссионных масел,
получивших наибольшее применение, представлены в табл. XLV111.
Комплексы методов квалификационной оценки трансмиссионных
масел приведены в табл. XLIX-L.
4.2.5.	Консервационные масла
Основное назначение консервационных масел — предохранять ме-
таллические детали от ржавления при длительном хранении и транс-
портировке. Рабочие свойства таких масел обеспечиваются их высокой
'Энергосберегающие масла — довольно условное название группы масел, содер-
жащих добавки модификаторов трения, то есть присадок, снижающих коэффициент
(рения, обычно — соединений молибдена.
271
адгезией к поверхности и наличием специальных защитных присадок
В зависимости от требований и возможностей использования консер
вационные масла делят на три типа:
— собственно консервационные масла используют для длительно!<>
хранения машин и оборудования. Для консервации двигателей и дру
гих готовых сборных изделий масло наливают в картер и в течение нес
кольких минут работают на холостом ходу. При этом масло успевае!
распределиться по всем деталям двигателя тонкой пленкой. Избыток
консервационного масла сливают. Наличие большого количества при
садок и специфические требования к качеству делают использование
таких масел в работающем двигателе невозможным. При расконсерва
ции техники требуется полная промывка системы и заполнение ее
штатным рабочим маслом.
— консервационно-рабочиемасла наносят на детали так же, как и кои
сервационные, но из картера их не сливают. После расконсервации
техники можно их использовать в качестве рабочих масел в течение не
которого времени. Собственно, консервационно-рабочие масла пред
ставляют собой обычные штатные масла с повышенным количеством
защитных присадок.
— рабоче-консервационныемасла по всем показателям соответствую!
моторным маслам, но характеризуются повышенной адгезией к метал
лам и соответственно лучшими защитными, смазывающими и другими
свойствами, зависящими от прочности масляной пленки. Они часто
используются в качестве масел первой заливки.
Ниже даются примеры таких масел.
Марка	Тип	Назначение	Состав
К-17 М-4з/8Грк	Консервационнос Рабоче- консервационное	Долговременная (не- сколько лет) консервация изделий из черных и цветных металлов Консервация и эксплуатация карбюраторных и дизельных двигателей	Смесь авиационного и тра нсформаторного масел с добавлением окисленного петролатума Смесь нефтяного и синтетического масел с добавлением загуща- ющей, моюще-диспер» и рующей, антикоррозиои пой, антиокислителыюй и проги воизносной присадок
4.2.6. Обкаточные масла
Процесс производства и капитального ремонта двигателей може,
предусматривать стадию обкатки, то есть приработки деталей друг г
другу. Благодаря обкатке снижаются затраты на трение, а приработан
272
।ibie поверхности меньше изнашиваются. Кроме того, уменьшение за-
к>ров между трущимися поверхностями прецизионно подогнанных де-
шлей повышает эффективность работы узла трения. В первую очередь
но относится к таким агрегатам, как топливные насосы высокого дав-
ления, цилиндро-поршневая группа и т. д. В некоторых случаях обкат-
ка возлагается на владельца техники. При этом задается облегченный
режим работы двигателя на штатном масле в течение определенного
времени. Разумеется, это нежелательная процедура, так как эффектив-
ность использования механизма в период обкатки невелика. Поэтому
часто обкатку производят на заводах с использованием специальных
обкаточных масел. Такие масла содержат комплекс присадок, в основе
которых лежат вещества абразивного и шлифующего действия. Глав-
ным образом, это производные алюминия, молибдена, цинка. При раз-
работке таких масел главное — подобрать композицию с минимальным
абразивным (истирающим действием) при высокой степени приработ-
ки. В России ассортимент обкаточных масел довольно велик. Это мас-
ла ОМ-2 и более поздние ОМД-8, ОМД-14, ТОМ-1. Основные показа-
1сли, характеризующие качество обкаточных масел при обкатке ци-
чиндропоршневой группы, приведены втабл. 24. Между собой сравни-
ваются моторное масло М-8В2, устаревшее обкаточное масло ОМ-2 с
высоким истирающим действием и специальное масло ОМД-8.
4.2.7.	Промывочные масла
Перед заменой масла в двигателе масляная система должна быть
промыта от загрязнений различного рода: механических примесей,
продуктов разложения масел и неполного сгорания топлива. Для этой
пели существуют так называемые промывочные масла, содержащие
оольшое количество поверхностно-активных веществ с высоким мою-
щим действием. К промывочным маслам предъявляется ряд специфи-
ческих требований: высокая растворяющая способность по отноше-
нию к смолистым отложениям, высокие диспергирующие свойства и
Таблица 24
Показатель	Масло		
	М-8В,	ОМ-2	ОМД-8
Снижение удельных потерь мощности па >рение, кВт	0,(5	0,35	0,30
('пижение расхода картерных газов, л/мин	0,25	0,70	0,82
И <менение компрессии, МПа	0,3	0,4	0,35
1 (лошадь приработанной поверхности первого поршневого кольца, %	35-40	60-65	70
Износ комплекта вкладышей подшипников, мг	9,1	5,4	84
18-449
273
способность стабилизировать получающиеся при промывке эмульсии
Способ применения промывочных масел прост. После слива отрабо
тайного масла им заполняют масляную систему и некоторое время ра
ботают на нем вхолостую. Поэтому промывочное масло должно обла
дать достаточными свойствами моторного масла и с ним совмещаться,
Промывочные масла могут использоваться неоднократно. Из отечест
венных масел этого назначения следует упомянуть масло МПТ-2М.
Сравнение характеристик этого масла и моторного масла М-14Г2 при-
ведено ниже.
Показатель промывочных свойств	М-14Г,	МПТ-2М
Растворяющая способность (процент смытого с металлической пластины битума испытуемым маслом)	3	58
Стабилизирующая способность (процент взвешенных частиц сажи, сохранившихся в испытуемом масле после центрифугирования суспензии сажи в масле) Способность удалять отложения из двигателя, % смытых отложений:	2	47
нагара и лака	0	29
шлама из топливной системы	0	53
4.3.	Общие характеристики смазочных масел
4.3.1.	Смазывающая способность
Под смазывающей способностью понимают комплекс следующих
свойств смазочного материала:
Тип действия	Значимость свойства	Количественный показатель
Антифрикционное П роти воизн основ Противозадирное	Уменьшение трения между поверхностями Уменьшение износа трущихся деталей Предотвращение заедания и сваривания трущихся поверхностей	Коэффициент трения Площадь износа (средний диаметр пятен износа при испытаниях на ЧШМ) или весовой износ пары зрения Критическая нагрузка до заедания, нагрузка сваривания
Можно рассчитывать, что при низком коэффициенте трения будеч
невелик износ трущейся пары и мала опасность ее заедания. Однако
однозначной взаимосвязи между этими показателями нет. Иногда гово-
рят о несущей способности масел. Это выражение взято из гидродина-
мической теории смазки и означает способность слоя масла выдержи-
вать нагрузку, не выдавливаясь из зазора между поверхностями трения.
274
Чем выше несущая способность, тем больше доля жидкостного, самого
иыгодного вида трения. Смазывающая способность масел определяется
их вязкостью, а в режиме граничного трения, кроме того, способностью
образовывать сервовитные пленки на трущихся поверхностях.
В реальных условиях масла работают в определенном диапазоне
температур, поэтому желательно знать их вязкостно-температурную
характеристику — зависимость вязкости от темпера гуры. Она выража-
ется в виде кривой или в виде индекса вязкости (ИВ).
В тяжелонагруженных узлах конструкторам приходится учитывать
1ависимость вязкости масел от давления. Она вычисляется по формуле
Т) - T]e°v’,
где т| — вязкость жидкости при давлении р; Т| — вязкость при атмо-
сферном давлении; а — пьезокоэффициент вязкости, который для ма-
сел составляет 0,001—0,004. При давлении более 1015 Па нефтяные мас-
на приобретают свойства твердого тела. Повышение вязкости масла
при увеличении давления играет важную роль в эластогидродинами-
ческом режиме смазывания.
Для масел определяют кинематическую вязкость. Ее определение
проводят в вискозиметре (рис. 102), основным узлом которого являет-
ся капилляр, через который под действием собственной тяжести проте-
кает жидкость. Время (т) истечения определенного объема жидкости
(И) связано со скоростью потока жидкости (v) и площадью сечения ка-
пилляра (5) следующей зависимостью: х = Г/Sv. Если объем образца
жидкости и сечение капилляра сделать постоянными, то время истече-
ния будет зависеть только от скорости истечения. Даже без дальнейше-
го рассмотрения сложных формул очевидно, что она, в свою очередь
швисит от свойств жидкости, прежде всего от вязкости (см. Тезаурус).
Таким образом, определение вязкости сводится к измерению времени
Рис. 102. Вискозиметр типа ВПЖТ-2:
1	— колено, через которое в вискозиметр
поступает испытуемая жидкость; 2 — колено
для сообщения вискозиметра с атмосферой;
3	— отводная трубка, подсоединяемая к
резиновой груше или вакуумному насосу,
для заполнения вискозиметра жидкостью;
4	— расширение; М, и М2 — метки,
отмечающие объем, через который должна
протечь жидкость
ie-
275
истечения заданного объема жидкости. Вязкость рассчитывается по
формуле v = Ст, где С— постоянная, характерная для данного виско
зиметра. Вязкость — очень важный эксплуатационный показатель мае
ла, так как от вязкости зависит его смазывающая способность: выда
вить более вязкую жидкость из узла трения труднее, чем менее вязкую
Индекс вязкости. Зависимость вязкости от температуры — важная
практическая характеристика смазочного материала. Она выражается
кривой, близкой к гиперболе, а в логарифмических координатах
прямой (рис. 103). Последнее обстоятельство позволяет по двум значс
ниям предсказать вязкость жидкости при любой температуре. В 1928 i
было предложено понятие индекса вязкости — численной величины,
позволяющей сравнивать между собой различные масла по вязкостно
температурной характеристике. Идея индекса вязкости похожа па
идею октанового числа бензинов. Из известных в то время масел было
взято два: с лучшей и худшей вязкостно-температурной зависимостью
Первому был присвоен индекс вязкости, равный 100, второму — ран
ный 0. Все остальные масла укладывались в промежуточные значения,
причем неплохим считался индекс вязкости, равный 85. На рис. КВ
эталонные масла обозначены пунктиром. Цифры 1 и 2 соответствую!
индексам вязкости 0 и 100. Сплошной линией обозначено испытуемое
масло с индексом вязкости, равным примерно 50. Однако, вскоре про
явились изъяны метода. Были созданы загущенные нефтяные масла в
синтетические жидкости с вязкостно-температурной характеристн
кой, превышающей 100. Но метод определения индекса вязкости ог
тался, и теперь синтетические масла характеризуются индексом вя i
кости, достигающим 400 (полисилоксаны). С другой стороны, некого
Рис. 103. Вязкостно-температурные характеристики масел: а — в линейных
координатах; б — в логарифмических координатах. 1,2 — масла-эталоны; 3
испытуемое масло
276
рые масляные фракции, например экстракты селективной очистки,
могут иметь и отрицательный индекс вязкости. Упомянутая выше
линейная зависимость вязкости жидкостей от температуры в логариф-
мических координатах позволяет определить индекс вязкости расчет-
ным путем. Например, по ГОСТ 25371—82 он рассчитывается следую-
щим образом:
ИВ = (v - v,)/(v - v2)100,
।де v — кинематическая вязкость при 40°С эталонного масла с ИВ = О
и вязкостью при 100°С такой же, как у испытуемого масла; V, —
вязкость при 40°С испытуемого масла; v2 — кинематическая вязкость
при 40°С эталонного масла с ИВ = 100 и вязкостью при 100°С такой же,
как у испытуемого масла.
Эта формула пригодна, если индекс вязкости масла не превышает
100. В противном случае используют более сложную формулу.
ИВ = (antilog/V — 1)/0,00715 + 100,
Ute N = (logv2 - logv()/log v4,v4 — вязкость испытуемого масла при
ЮО’С.
Для вычисления значений v(, v2 и v4 используются специальные
таблицы и формулы, которые мы не приводим. Наименьшее значение
)тот показатель имеет для индустриальных масел, испытывающих не
слишком большие температурные колебания, наибольшее — для гид-
равлических жидкостей, для которых малейшее изменение вязкости с
температурой крайне нежелательно.
Попытки улучшить индекс вязкости масла смешением масел с раз-
ной вязкостью к успеху не приводят. Установлено, что он может быть
улучшен специальными вязкостными (загущающими) присадками. Их
щачение состоит в том, что при высоких температурах они повышают
вязкость масла в большей степени, чем при низких температурах и тем
самым сглаживают вязкостно-температурную характеристику. В каче-
стве загущающих присадок используют, высокомолекулярные полиме-
ры, например, полиизобутилен, полиакрилаты и пр.
Первые отечественные загущенные масла марок АКЗп-6 и АКЗп-10 были
разработаны в 1950-х годах проф. Е. Г. Семенило.
Семенцдо, Евгений Григорьевич (1905—1971) — специалист в области химмо-
юлогии моторных масел. После окончания МГУ с 1930 г. работал в Государ-
ственном исследовательском нефтяном институте (ГИНИ), после его реорга-
низации — в ЦИАТИМ. Основная область деятельности — разработка и
контроль качества моторных масел.
Высокоиндексные нефтяные масла могут быть получены и без при-
менения загущающих присадок. Например, в 1960-е годы Л. Г. Жерде-
ва показала, что путем гидроизомеризации масляных фракций могут
быть получены изопарафиновые масла с индексом вязкости около 15(1
Реакции гидроизомеризации широко протекают при гидрокрекинге
перспективном процессе производства масел.
Жердева, Лидия Григорьевна (1896—1972) — выдающийся специалист в по
ласти производства смазочных масел. В 1925 г. окончила Московский инстизу!
народного хозяйства им. Г. В. Плеханова. Работала в НИИ Грознефти (Tpoi
НИИ), а с 1938 г. — в Москве, сначала во ВНИГИ, а затем — в ЦИАТИМ и
ВНИИНП. Участвовала в создании масляных производств на многочисленны»
заводах страны.
Противоизносные свойства. В разделе 2.6.2. рассмотрены проблемы
износа, возникающие при работе двигателя. В оптимальном случае
масло должно уменьшать износ, снижать трение и предотвращать зае
дание трущихся поверхностей. Для определения противоизносных
свойств масел существуют различные методы и стенды. Наиболее par
пространен метод, использующий четырехшариковую машину трепня
(ЧШМ). Узел трения ЧШМ представляет собой чашку, в которой нахо
дится испытуемое масло и в виде пирамидки расположены четыре ша
рика из подшипниковой стали ШХ-15. Три нижних неподвижны
По ним скользит, вращаясь, верхний шарик, закрепленный в патроне
На верхнем шарике образуется кольцевая бороздка, на нижних — так
называемые пятна износа — эллиптические (деформированные крут
вые) площадки. Под микроскопом измеряют их диаметр по двум про
тивоположным направлениям и вычисляют среднее арифметичес
кое — г/ . Величина dcp характеризует противоизносные свойства мае
ла. Этот показатель определяют при заданных скорости вращения пат
рона с верхним шариком и нагрузке на него (нагрузка обеспечивается
специальным устройством). Можно определить зависимость между
нагрузкой и г/ср — нагрузочную характеристику. Для различных массп
она будет различна. Нагрузочная характеристика представлена па
рис. 104 в обычных и логарифмических координатах. Важной особен
ностью нагрузочной характеристики является то, что при определен
ной нагрузке на ней появляется характерный излом, свидетельствую
щий о резком увеличении износа. Такая нагрузка называется критичес
кой (Ркр) и характеризует противозадирные свойства масла, то ecu.
способность противостоять микросхватываниям трущихся поверхнос
тей. Если испытание продолжать, увеличивая нагрузку, то наступит мо
мент, когда акты микросхватывания распространятся на всю площадь
контакта и произойдет сваривание шариков. Такая нагрузка называет
ся нагрузкой сваривания (Рсв). Она также характеризует противозадир
ные свойства масла. Наконец, на стенде может быть определен коэф
фициент трения f , характеризующий антифрикционные свойства
смазочного материала.
278
। 'ис. 104. Нагрузочная характеристика: а — в линейных координатах;
г. — в логарифмических координатах
Механизм противоизносного действия масла зависит от вида тре-
ния (см. Тезаурус). При жидкостном трении масло просто разделяет
|рущиеся поверхности. В этом случае важно, чтобы оно не выдавлива-
юсь из зоны трения под действием нагрузки. Удерживанию масла меж-
iy поверхностями способствуют повышенная вязкость и хорошие ад-
сорбционные свойства. При граничном трении детали контактируют
между собой в отдельных точках. Это сопровождается высокой локаль-
ной температурой (которая в зоне контакта достигает десятков тысяч
|радусов) и образованием так называемой ювенильной, то есть «све-
кей», поверхности, обладающей высокой каталитической актив-
ностью. Под действием этих факторов отдельные компоненты масла
претерпевают превращения с образованием так называемых сервовит-
пых пленок. В идеале эти пленки должны прочно удерживаться на по-
псрхностях, разделяя их. В действительности они постепенно изнаши-
ваются, но вновь и вновь восстанавливаются за счет новых реакций на
поверхности.
Если масло имеет высокие противоизносные свойства, мы вправе
ожидать от него и хороших противозадирных свойств, но это необяза-
тельно. Строгой взаимосвязи между этими показателями нет.
Противоизносные, противозадирные и антифрикционные свойства
масел могут быть улучшены при помощи соответствующих присадок.
4.3.2.	Охлаждающие свойства
Как мы отмечали, второй функцией практически всех масел являет-
ся отвод тепла, выделяющегося при сгорании топлива в двигателе или
образующегося при трении деталей различных узлов. Охлаждающие
свойства масел зависят исключительно от их теплоемкости. Можно до-
279
гадываться, что по этому показателю все масла близки между собой.
В определенной степени теплоемкость зависит от состава масел. В раз-
деле 3.2.2. указывалось, что наибольшей теплоемкостью характеризу-
ются ароматические углеводороды, а наименьшей — парафиновые.
Для того, чтобы масла эффективно выполняли охлаждающие функ-
ции, они должны характеризоваться высокими термической стабиль-
ностью и моющими свойствами. Это необходимо для предотвращения
образования отложений, теплопроводность которых ниже, чем охлаж-
даемых металлических поверхностей.
4.3.3.	Антикоррозионные и защитные свойства
Масло не должно быть коррозионно агрессивным по отношению к
металлам. Коррозионная агрессивность может быть результатом на
копления в масле химически активных кислотных продуктов окисле-
ния масла и содержащихся в нем присадок. Кроме того, некоторые
присадки, например противоизносные, могут быть сами коррозионно-
агрессивными. Таким образом, улучшение антикоррозионных свойств
масел может быть достигнуто улучшением их антиокислительных
свойств, снижением концентрации некоторых активных присадок и
введением специальных присадок, снижающих коррозию. Другими
коррозионно-агрессивными компонентами масел могут быть кислот
ные продукты, попадающие в масла при их производстве или образую
щиеся при окислении. Их количество выражается кислотным числом
(КЧ) в мг КОН/г, которое определяется путем титрования образца мае
ла. Кислотное число может быть у масел, не содержащих щелочных
присадок.
Хорошие масла не только не вызывают коррозии металла, но и пре-
дотвращают коррозионное действие окружающей среды (защитные
свойства). Это обеспечивается созданием на поверхности металла
прочной защитной пленки. Чистые, не содержащие присадок, масла,
могут образовывать защитные пленки, но они не будут прочными. По
этому в масла добавляют ингибиторы коррозии — защитные присадки
Для определения антикоррозионных свойств масел используют мс
тод, суть которого заключается в попеременном воздействии на метал
лическую (свинцовую, бронзовую и т. д.) пластинку горячего масла и
воздуха. Испытания проводят на приборе ДК-НАМИ (масла для авто
мобильной техники) или аппарате Пинкевича АП-1 (масла и специаль
ные жидкости для авиации). В приборах испытуемое масло термоста
тируется при 140°С, и в него специальным устройством погружаются
металлические пластинки, а затем поднимаются в воздух с частотой
15—16 мин-1. В воздухе горячий тонкий слой масла окисляется, а про-
дукты окисления оказывают коррозионное действие на металл. Иногда
280
иля ужесточения условий в масло добавляют катализатор окисления —
нафтенат меди. После испытаний, которые в зависимости от заданных
условий длятся 10—50 часов, определяют потерю массы металлических
пластин.
4.3.4.	Антиокислительные свойства
Окисление масел в жестких условиях работы двигателя приводит к
образованию смолистых и твердых продуктов. Первые растворимы в
масле, появляются причиной образования отложений в картере, на по-
верхности других деталей и нагара в камере сгорания. Вторые забивают
фильтры и маслопроводы, выступают как абразив. Многие продукты
окисления коррозионно-агрессивны по отношению к конструкцион-
ным материалам. Окисленное масло имеет темный цвет, содержит
шлам и часто характеризуется повышенной вязкостью.
Окислению масла способствуют высокая температура, работа в тон-
ком слое, контакт с медью и другими катализаторами окисления, нали-
чие в масле легкоокисляемых компонентов.
Углеводороды базовых основ окисляются по радикально-цепному
механизму. Как и в топливах, легче всего окисляются парафины, затем
нафтены и менее всего — ароматические углеводороды. Ароматичес-
кие углеводороды являются своеобразными антиоксидантами: в их
присутствии замедляется окисление парафинов и нафтенов. В качест-
ве других антиоксидантов выступают соединения серы, поэтому высо-
коочищенные масла по антиокислительным свойствам уступают низ-
коочищенным. Для повышения антиокислительной стабильности ма-
сел в них вводят антиокислительные присадки. Их ассортимент шире,
чем ассортимент антиоксидантов для топлив. В качестве антиоксидан-
тов используют экранированные фенолы (присадка НГ-2246), диал-
килдитиофосфаты металлов (ДФ-11), основания Манниха (Борин).
Синтетические масла характеризуются более высокой антиокисли-
гельной стабильностью.
Антиокислительная способность масел оценивается различными
прямыми и косвенными методами. В России широко распространен
метод оценки индукционного периода осадкообразования — И ПО.
4.3.5.	Моюще-диспергирующие свойства
Выше указывалось, что одно из назначений масел — смывать обра-
(уюшиеся в двигателе загрязнения. Это обеспечивается моющим
действием масел. Смытые загрязнения следует удержать в объеме мас-
ла. Это достигается диспергирующим и солюбилизирующим действи-
ем. В оптимальном случае масло должно разбить загрязнения на мель-
281
чайшие частицы и удержать в своем объеме. При работе на масле с пло-
хими моющими свойствами нагретые детали двигателя, например пор-
шень, загрязняются смолистыми веществами, которые постепенно
спекаются в лаковые отложения. Для оценки моющих и лакообразую-
щих свойств масел используется метод ПЗВ, названный по начальным
буквам фамилий авторов (Папок К. К., Зарубина А. П., Виппер А. Б.).
Суть метода заключается в проведении испытаний на модели одноци-
линдрового двигателя, в котором условия работы масла имитируются
без подачи и сгорания топлива — путем нагревания цилиндра, масла и
воздуха. Специальный электродвигатель приводит в движение пор-
шень в цилиндре. Во время имитации работы масло образует лаковые
отложения на поршне. Их цвет сравнивают с эталонной шкалой в бал
лах от 0 (чистый поршень) до 6. Метод ПЗВ позволяет также проаналп
зировать масло в картере и сделать выводы о его окисляемости, дест
рукции содержащихся в нем присадок и т. д.
4.3.6.	Антипенные свойства
Масла постоянно контактируют с воздухом: при циркуляции по
трубопроводам, при смазке разбрызгиванием, при взбалтывании в кар-
тере. При этом образуется стойкая воздушно-масляная эмульсия — пе-
на. Она нарушает движение масла по трубопроводам, а развитая пове
рхность благоприятствует повышенной окисляемости масла. Пенооб-
разованию способствуют высокая вязкость масла и наличие в нем
ПАВ. Поэтому чем ниже вязкость масла и лучше его очистка, тем ниже
пенообразующие свойства. Для их уменьшения в масла часто прибив
ляют антипенные присадки. Чаще всего это полисилоксаны. Склон
ность к пенообразованию оценивается методами, в которых через
отмеренный объем масла при заданной температуре с постоянной ско 
ростыо барботируется определенный объем воздуха. Объем образовав'
шейся при этом пены и является характеристикой масла.
4.3.7.	Токсичность и пожарная опасность масел
Токсичность. Основными компонентами нефтяных масел являются
углеводороды различных классов, токсичность которых для человека
сравнительно невелика, особенно если учесть их низкую испаряемость
Однако в условиях, благоприятствующих разбрызгиванию, масла
склонны образовывать в воздухе масляный туман. Особенно велика
опасность образования тумана при работе масляных смазочно-охлаж
дающих технологических сред. В зоне резания они нагреваются до
500—700°С. Их разбрызгиванию способствует быстрое вращение обра
батываемых деталей и открытый характер узла трения. Размер боль
282
шинства частиц масла в тумане составляет 2—3 мкм, что делает его
очень устойчивым. Для аэрозолей нефтяных масел в воздухе рабочей
юны в России и США принята ПДК, равная 5 мг/м3. В процессе рабо-
ты масляных СОТС в воздухе находили 260—300 мг/м3, на следующий
тень после работы — 2,4. Вдыхание аэрозоля приводит к поражению
органовдыхания. В зарубежной литературе описаны случаи смерти от
коздействия масляного тумана в нагретых помещениях.
Длительный контакт с маслами может вызывать фолликулит кожи
из-за механического раздражения, закупорки пор и внесения бактерий:
масла не бактерицидны, а микроорганизмы многих видов на них ус-
пешно развиваются. Количество бактерий в масле после работы может
увеличиваться в десятки и сотни тысяч раз по сравнению со свежим
маслом.
Токсичность масел возрастает при наличии в них летучих компо-
нентов, присадок, канцерогенных вешеств. Учитывая, что концентра-
ция присадок в легированных маслах составляет около 10%, а в некото-
рых может доходить до 20%, можно заключить, что роль присадок в об-
щей токсичности масел больше, чем роль нефтяных основ.
Токсичность синтетических масел зависит от их природы. Полигли-
коли и полиэфирные масла малотоксичны для человека. То же можно
сказать о полиальфаолефинах. Несколько более токсичны алкилбензо-
иы, представляющие собой ароматические углеводороды.
Пожароопасность. Масла относятся к горючим жидкостям с темпе-
ратурой вспышки от 65 до 310°С и температурой самовоспламенения
190—450°С. Нижний температурный предел воспламенения нефтяных
масел составляет около 50°С. Это означает, что воспламеняются масла
с трудом, зато хорошо поддерживают горение. Очень опасны в пожар-
ном отношении рассмотренные выше масляные туманы, представляю-
щие собой взрывоопасную смесь микрокапель масла с воздухом. Туше-
ние горящих масел заключается в прекращении доступа к ним воздуха.
С этой целью используются пены, углекислый газ, порошки.
4.3.8.	Характеристика стандартных показателей качества масел
Подобно топливам, масла характеризуются набором стандартных
показателей, позволяющих прямо или косвенно обеспечить требуемый
уровень их эксплуатационных свойств. Большинство показателей рас-
смотрено выше. Остальные перечисляются в данном разделе. Затем
приводится обобщение этих показателей.
Щелочное число. При окислении масел образуется большое количест-
во кислотных продуктов, оказывающих коррозионное действие налета-
ли двигателя. Кроме того, они являются катализаторами дальнейших
окислительных процессов. Чтобы этого избежать, используют присад-
283
ки, нейтрализующие кислотные продукты окисления. Эффективность
таких присадок косвенно определяется щелочным числом. Численно
оно равно количеству КОН в мг, приходящихся на 1 г образца масла.
Для его измерения пробу масла титруют стандартным раствором кисло-
ты и выражают в виде количества КОН, эквивалентного количеству
кислоты, пошедшей на титрование. Щелочное число индустриальных
масел никого не интересует, а для моторных масел оно нормируется и
может составлять от 3 до 11 мг КОН/г. Требуемое значение щелочного
числа достигается введением присадок, содержащих органические соли
кальция, бария, реже — других основных металлов. На первый взгляд,
чем выше щелочное число, тем лучше. Однако оно обеспечивается
зольными присадками и тем самым вступает в противоречие с золь
ностью, увеличение которой нежелательно. Если щелочное число выше
верхнего предельного значения, двигателю грозит повышенный износ.
Зольность масел в первую очередь характеризует наличие в них ще-
лочных зольных присадок. Поэтому, в отличие от топлив, зольность ко-
торых должна быть как можно меньше, масла характеризуются мини-
мальным значением зольности. Оно колеблется от 0,45% для масел
группы Б с малозольными присадками, до 1,5 для масел группы I
Слишком увлекаться увеличением зольности также не рекомендуется
Она является причиной образования повышенного количества отло
жений в камере сгорания при угаре масла. Особо нежелательна высо-
кая зольность в маслах, предназначенных для двухтактных двигателей,
вводимых в бензин. Поэтому разрабатываются беззольные моющие
присадки на основе производных мочевины, аминов и других орган»
ческих оснований.
Коксуемость характеризует наличие в маслах нежелательных смо
листо-асфальтеновых компонентов. Она определяется путем нагрева
ния образца масла при 520°С в течение 30 минут с последующим взве-
шиванием коксового остатка.
Стандартизированные показатели качества масел охарактеризова
ны в табл. 25.
4.4. Состав и технология смазочных масел
4.4.1.	Производство товарных масел
Товарные смазочные масла вырабатывают, смешивая базовые осип
вы (нефтяные масляные фракции или синтетические жидкости) и при
садки, которые должны обеспечить противоизносные, антиокислв
тельные, антикоррозионные и другие свойства. Количество наимепо
ваний присадок может доходить до 10, а их суммарная концентрация и
284
Таблица 25.
Стандартизированные показатели качества масел
Показатель	Значимость показателя	Ограничение или желаемое значение
1	2	3
Вязкость	Чем выше вязкость, тем лучше смазывающие свойства, но больше сопротивление движению	Ограничивается нижний предел, иногда оба
Индекс вязкости	Чем выше индекс вязкости, тем меньше вязкость зависит от температуры	Ограничивается нижний предел
1 Целочпос число (ольность сульфатная	Чем выше щелочное число, тем лучше нейтрализующие свойства масла Косвенным образом свидетельствует о нейтрализующих свойствах масел, содержащих зольные щелочные присадки. Слишком высокая зольность приводит к нагарообразованию и отложениям в камере сгорания	Офаничивается нижний предел Ограничивается верхний или нижний предел
< одержание: механических примесей	Ухудшает фильтруемость масла, приводит к образованию нагара, является причиной износа деталей двигателя	Ограничивается верхний предел или не допускается вовсе
ВОДЫ	Ухудшает фильтруемость масла через гигроскопичные фильтры и является причиной образования кристаллов льда, ухудшающих прокачиваемость масла	Ограничивается верхний предел или не допускается вовсе
1 ем перату ра: вспышки застывания	Чем ниже, тем больше пожаро- опасность масла Определяет возможность исполь- зования масла при отрицательных температурах	Ограничивается нижний предел Ограничивается верхний предел
Коррозионность па металлических пластинах	Определяет опасность коррозии деталей двигателя	Офаничивается верхний предел
Стабильность по индукционному периоду осадкообразования	Низкая стабильность свидетельствует о легкой окисляемое™ масла с образованием смолистых продуктов и шлама	Ограничивается нижний предел
Цвет	Свидетельствует о наличии в масле смол. Характеризует товарный вид масла	Ограничивается верхний предел
5
285
Окончание табл. 25
1	2	3
Содержание активных элемен- тов: пипка, кальция, фосфора и др. Моющие свойства по ПЗВ Термоокислительная стабильность Плотность	Свидетельствуете наличии необ- ходимого количества присадок Свидетельствуют о способности масел смывать лаки и отложения с поверхности цилиндро-поршневой группы Свидетельствует о способности масла сохранять свои свойства (вязкость и т.д.) при длительном нагревании Позволяет проводить расчеты количества масла. Косвенным образом свидетельствует о наличии тяжелых компонентов	Ограничивается нижний предел Ограничивается нижний предел Ограничивается нижнии предел Не нормируется или ограничивается верхни й предел
масле — до 20%. Отдельные индустриальные и трансмиссионные мае
ла, использующиеся в малонагруженных узлах, могут не содержать
присадок. Базовые основы масел могут быть чисто нефтяными или
синтетическими, а также представлять собой смеси нефтяных и спите
тических жидкостей. Масла на смесевых основах называют полусинтс
тическими.
Таким образом, если имеются базовые основы и присадки, задача
получения масел сравнительно проста. Получение базовых масел
представляет собой более сложную технологическую задачу.
4.4.2.	Нефтяные базовые основы
Нефтяные масла изготавливают на основе дистиллятных или оста
точных масляных фракций и их смесей. Дистиллятные масляные фрак
ции получают путем вакуумной разгонки мазута при остаточном давле
нии около 130 кПа (100 мм рт. ст.) и температуре на входе в колонну
400°С. При более высокой температуре развиваются процессы крекип
га углеводородов мазута и масло загрязняется продуктами разложения
В результате разгонки получают несколько масляных погонов с разноп
вязкостью. В остатке получают гудрон. Из гудрона тоже можно выдс
лить некоторую часть масляных фракций, но, так как разгонка в этом
случае невозможна, их отделяют от смолисто-асфальтеновых веществ и
других нежелательных компонентов гудрона путем экстракции раство
рителями, например пропаном.
Масляные фракции — еще не масла. Они содержат много нежели
тельных компонентов, и весь процесс масляного производства,
собственно, заключается в последовательной очистке масел. К нежели
286
гельным компонентам относятся смолисто-асфальтеновые вещества,
полициклические ароматические и нафтеновые углеводороды, твердые
парафины. За редким исключением нельзя сказать, что тот или этот
компонент однозначно плох и должен быть полностью удален. Наряду
с отрицательными свойствами есть свойства и положительные, улуч-
шающие рабочие характеристика масла. Ниже мы рассмотрим влияние
группового углеводородного состава на характеристики масел. Надо
только иметь в виду, что молекулы углеводородов, составляющих мас-
ла, очень сложны и одновременно содержат парафиновые, аромати-
ческие и нафтеновые фрагменты. Нефти разного происхождения раз-
личаются разным содержанием групп углеводородов. Поэтому можно
творить о маслах парафинового, нафтенового и т. д. основания.
Парафиновые углеводороды резко ухудшают низкотемпературные
свойства масел. Поэтому их стараются по возможности удалить. Дру-
1им недостатком углеводородов с длинными парафиновыми цепями
является их сравнительно легкая окисляемость. Однако парафины ха-
рактеризуются наилучшей вязкостно-температурной зависимостью, и
при их полном удалении это свойство масел ухудшается.
Нафтеновые углеводороды — наиболее желательные компоненты ма-
сел. Их содержание в товарных масляных фракциях в виде нафтенов с
парафиновыми цепями может достигать 75%.
Ароматические углеводороды придают маслам антиокислительные
свойства. Они также характеризуются высоким пьезодинамическим ко-
>ффициентом вязкости — то есть с повышением давления в узле трения
их вязкость сильно увеличивается и соответственно увеличивается несу-
щая способность. Однако полициклические ароматические углеводоро-
ды с короткими боковыми цепями имеют слишком большую вязкость
при нормальных условиях, поэтому их удаляют селективной очисткой
пли превращают в нафтены и парафины путем гидрогенизации.
Смолисто-асфальтеновые вещества (САВ) ухудшают окислитель-
ную и термическую стабильность масел, являются причиной образова-
ния нагара и лаковых отложений. Смолисто-асфальтеновых веществ
особенно много в остаточных масляных фракциях. Если их сразу не
удалить, то они будут мешать дальнейшим процессам очистки, снижая
их эффективность и увеличивая расход реагентов. В присутствии смо-
писто-асфальтеновых веществ ухудшается приемистость масел к при-
садкам. С другой стороны, САВ улучшают адгезию и смазывающие
свойства масел.
Большинство методов очистки масел заключается в их обработке
селективными растворителями и адсорбентами. В последнее время все
чаще применяют гидрокрекинг, позволяющий повысить качество ма-
сел без снижения их выхода и образования большого количества отхо-
дов очистки.
287
Метод экстракции масляных фракций из гудрона пропаном осно-
ван на том, что смолистые вещества нерастворимы в пропане, в то вре-
мя как углеводороды масляных фракций в нем хорошо растворимы.
В процессе гудрон обрабатывают жидким пропаном или пропан-бута-
новой смесью при давлении около 4 МПа и температуре 60—85°С. Про-
пана по отношению к сырью берется в 2,5—5,0 раз больше. Чем болыпс
берут пропана, тем выше выход масляной фракции (деасфальтизата),
который составляет от 30 до 65% на гудрон. Так получают остаточные
масляные фракции, которые затем перерабатываются по такой же схе-
ме, как и дистиллятные. Кроме масляной фракции после деасфальти-
зации гудрона получается битум деасфальтизации — смесь смолисто-
асфальтеновых веществ, гетероатомных соединений и соединений ме-
таллов, изначально содержавшихся в нефти и сконцентрировавшихся 
самом последнем остатке ее переработки.
Следующая стадия в производстве масел заключается в обработке
дистиллятных и остаточных масляных фракций селективными раство-
рителями. Назначение этого процесса — удалить из масляной фракции
смолистые и полициклические ароматические углеводороды. Селек-
тивные растворители (чаще всего используют фенол или фурфурол) хо-
рошо растворяют эти нежелательные соединения и плохо смешивают-
ся с углеводородами. Очистка заключается в смешении масляной
фракции с избытком селективного растворителя при температуре
90— 110°С. Чем выше температура, тем лучше индекс вязкости масла,
но меньше его выход. Избыток растворителя (в несколько раз по отно-
шению к сырью) также позволяет получить продукт лучшего качестиц
за счет уменьшения его выхода. Условия подбирают таким образом,
чтобы добиться максимального выхода целевого продукта при его он
тимальном качестве. Кроме очистки селективными растворителями
раньше была распространена кислотно-щелочная очистка. Она сопро-
вождалась образованием большого количества кислых и щелочных
стоков. Этот метод очистки, как устаревший, мы не рассматриваем.
Выше изложены упрощенные представления об очистке масел селективны
ми растворителями. В действительности физико-химические основы процссси
гораздо сложнее. Они основаны на различной растворимости масляных фрак
ций в углеводородных газах, находящихся вдокритическом и критическом сое
тояниях. Подробное рассмотрение этого метода выходит за рамки настоящей
книги.
Выделение масел из нефти посредством селективных растворителей впер
вые было предложено К. В. Харичковым, который в 1903 г., действуя на нефть
последовательно изоамиловым и этиловым спиртами, выделил 45% масляных
фракций.
Харичков Константин Васильевич (1865—1921) — русский химик, специалис!
в области органической и аналитической химии, выпускник Петербургскою
288
университета. Работал в Баку, Грозном, Тифлисе, а с 1917 г — в университете
Ростова-на-Дону. Основные работы относятся к технологии нефтепереработ-
ки. Разработал упомянутый выше метод дробного осаждения углеводородов
нефти, организовал пирогенетическую переработку высокопарафинистых ма-
зутов грозненской нефти в котельное топливо, предложил нафтенат меди как
реактив для качественного определения нафтеновых кислот.
Перспективным методом получения масляных фракций является
гидрокрекинг. Продукты гидрокрекинга наиболее полным образом
очищены от гетероатомных и непредельных соединений. В силу меха-
низма процесса в них много углеводородов изостроения, что улучшает
низкотемпературные и смазывающие характеристики масел.
В результате очистки получают рафинат. Это светлое масло с хоро-
П1ИМИ смазывающими свойствами и достаточно высокой термоста-
бильностью. Однако он содержит много парафиновых углеводородов,
существенно ухудшающих его низкотемпературные свойства. Как мы
отмечали ранее, н-парафиновые углеводороды ограниченно растворя-
ются в углеводородах других классов и склонны к кристаллизации. При
>гом они не просто выпадают из масла в виде кристаллов, а образуют в
гю объеме пространственную структуру, и масло целиком застывает.
11оэтому для снижения температуры застывания масла из него следует
удалить н-парафиновые углеводороды. Процесс депарафинизации так-
се проводят при помощи растворителей. Кроме того, отличные резуль-
|.|гы получаются при обработке масла комплексообразующими веще-
 шами, например мочевиной. В качестве растворителей депарафини-
ищии широко используют кетоны (ацетон или метилэтилкетон) или их
меси с толуолом. Растворитель, прибавленный к раствору масла, фак-
। пиески является осадителем парафинов. Процесс выполняется следу-
ющим образом. К депарафинизируемому сырью при небольшой темпе-
ратуре (до 60°С) прибавляют растворитель, хорошо перемешивают и
охлаждают в несколько стадий. На последней стадии охлаждения тем-
пература может составлять около минус 30°С. Из получившейся массы
иыпадают кристаллы парафинов. Получают осадок, который отделяют
па фильтрах или в центрифугах. Осадок представляет собой смесь твер-
1ых углеводородов с примесью масла. При депарафинизации дистил-
г1гных фракций получают гач, из остаточных фракций получают пет-
ролатум. Разница между ними заключается в природе твердых углево-
юродов. Из дистиллятных фракций выделяются крупные кристаллы
парафинов, а продукт так и называется парафином. Из остаточных
Фракций выделяют церезины — это мелкокристаллические парафины
 примесью высокозастывающих ароматических и нафтеновых углево-
юродов. Гач и петролатум впоследствии обезмасливают с целью полу-
11-иия чистых товарных парафинов и церезинов. Что касается депара-
финизата, то он может использоваться в качестве компонента базовой
tt - 449
289
основы товарных масел или направляется на гидроочистку. Депарафи-
низация растворителем позволяет получить качественный продукт, но
требует больших энергетических затрат на регенерацию растворителя.
Другой метод депарафинизации в физико-химическом отношении
принципиально отличается от вышеописанного. Его суть состоит в
сокристаллизации w-парафинов с прибавляемой в масло мочевиной
(карбамидная депарафинизация). Для этого масло перемешивают с мо-
чевиной при 20—45°С в течение 0,5—1,0 часа, отделяют твердые комп-
лексы мочевины с углеводородами, которые затем разлагают путем
нагревания на парафин и мочевину. Депарафинизат или рафинат депа-
рафинизации можно подвергнуть гидроочистке.
Таким образом, блок-схема получения базовых масляных основ hi
нефти выглядит следующим образом:
4.4.3.	Синтетические жидкости
Синтетические жидкости имеют различную природу. В наибольшем
объеме используются полиалкиленгликоли, эфиры дикарбоновых кис
лот и полиальфаолефины. Достаточно широкое применение имею)
также эфиры монокарбоновых кислот и полиатомных спиртов, крем
нийорганические (силиконовые) жидкости, фосфаты, сложные эфиры
фосфорной и кремниевой кислот, фторуглеводороды, полифениловыс
эфиры.
Полиалкиленгликоли (ПАГ) с точки зрения химического строении
представляют собой продукты поликонденсации двухатомных спир
тов — гликолей. В промышленности их получают более технологи'!
ным способом: полимеризацией оксидов олефинов:
Катализатор _	„ „	„
лСН,—CH-R + ROH ------RO-(CHCH—О)л-Н
4OZ	R
ROH — так называемое стартовое вещество, необходимое для ра<
крытия эпоксидного цикла. При полимеризации оно присоединяется и
полимеру в качестве концевой группы. Обычно на практике в качеств?
инициатора используют спирты, гликоли, фенолы, просто воду. Коп
цевая группа влияет на характеристики полимера, а замена одной
функциональной группы на другую позволяет его модифицирован.!
целью улучшения эксплуатационных свойств. Из строения молекуиы
290
полигликоля ясно, что ПАГ-жидкости обладают повышенным срод-
ством к воде и низким — к углеводородам. Поэтому они ограниченно
смешиваются с нефтяными маслами. Их повышенная гигроскопич-
ность является причиной повышенной коррозионной агрессивности
по отношению к металлическим поверхностям. Коррозионная агрес-
сивность полигликолей может усиливаться и при их термоокислитель-
ном разложении. Нагревание ведет сначала к деполимеризации, затем
к образованию альдегидов, которые окисляются в кислоты. Эти реак-
ции ускоряются в присутствии металлов, поэтому в полигликолевых
маслах не должно быть щелочи и золы. На разложение полигликолевых
масел оказывают влияние и кислые продукты сгорания топлив, поэто-
му полигликоли в качестве моторных масел практически не использу-
ются. Исключением являются масла для 2-тактных двигателей, сгора-
ющие вместе с топливом. В этом случае добавление ПАГ-жидкостей в
бензин в концентрации 1—2,5% признается перспективным.
Другими недостатками являются повышенное значение кислотного
числа и плохая совместимость с алкидными смолами. Указанные
недостатки могут быть минимизированы модификацией полимера:
увеличением молекулярной массы и введением в молекулу в качестве
концевых групп длинноцепочечных алкилов. Используются также со-
ответствующие присадки к товарным маслам на основе ПАГ, например
бензотриазол для снижения коррозионной агрессивности.
Достоинствами ПАГ-жидкостей по сравнению с нефтяными масла-
ми являются их высокий индекс вязкости (150—250), малая испаряе-
мость, отличные противоизносные и противозадирные свойства, дос-
таточно низкая (—20...—30°С) температура застывания. Термоокисли-
гельная деструкция полиалкиленгликолей становится заметной
начиная с температуры 180—200°С.
Благодаря высоким смазывающим свойствам ПАГ-жидкости хоро-
ши в качестве основ индустриальных и трансмиссионных масел. Их
малое сродство к углеводородам используется при создании компрес-
сорных масел, работающих с газами — природным газом, этиленом,
водородом.
Эфиры дикарбоновых кислот (ЭДК) получают путем этерификации
цикарбоновых кислот спиртами в присутствии катализатора (катиони-
ты, сульфокислоты) при 100—200°С с отгонкой выделяющейся воды:
ROH + НООС-(СН2),,-СООН + HOR ->
	-> RO(O)C-(CH2)‘-C(O)OR + 2Н2О.
В качестве дикарбоновых кислот берут адипиновую, себациновую,
.иелаиновую и другие. В качестве спиртов используются одноатомные
спирты С6—С,о. Из них большое практическое значение имеет октило-
вый спирт (точнее, 2-этилгексиловый), который в России и за рубежом
не
291
выпускается в большом масштабе. В России в заметном количестве
производится только один эфир подобного назначения: диоктилсеба
цинат (ДОС).
ЭДК характеризуются не очень высокой вязкостью, хорошими низ-
котемпературными свойствами, средним значением температуры
вспышки. Индекс их вязкости равняется 150—160. Молекулярная мае
са эфиров достаточно высока для того, чтобы они имели пониженную
испаряемость. Недостатком является гигроскопичность эфиров, обь
ясняемая строением их молекул. В определенных условиях возможен
гидролиз эфиров с образованием кислотных продуктов. Поэтому ЭДК
обычно используются в смеси с другими масляными основами. Пред-
ставления о характеристиках ЭДК можно получить на примере ДОС:
кинематическая вязкость при 100, 40 и —50°С соответственно 3,3, 12,5
и 7800 мм2/с; индекс вязкости 154, температуры застывания и вспыш-
ки: —60 и 22 ГС.
Будучи полярными соединениями, ЭДК хорошо сорбируются пи
металлических поверхностях, что объясняет их повышенные смазыпи
юшие свойства по сравнению с углеводородными маслами.
Эфиры полиатомных спиртов (ЭПС) получают так же, как и они
санные выше эфиры, но используют монокарбоновые кислоты и
трех-четырехатомные спирты. Из последних наибольшее практичен
кое значение имеют гидроксипроизводные неопентана: неопентп ।
гликоль, триметилолпропан, пентаэритрит. Поэтому часто ЭП*
называют неопентиловыми эфирами, хотя это терминологически с -,
жает их номенклатуру:
ОН	ОН	он
сн2	сн2	сн2
Н3С-С-СН3 НзС-Н2С-С-СН2-ОН НО-Н2С-С-СН2-()Н
сн2	сн2	сн2
он	он	он	-
Неопентилгликоль Триметилолпропан	Пентаэритрит '’С|
По свойствам ЭПС похожи на ЭДК, но характеризуются лучпЛ
смазывающей способностью и более высокой термической стабвЛ
ностью. Однако для повышения термоокислительной стабильпосИ
ЭПС в них надо вводить антиоксиданты. Объемы применения )[
меньше, чем ЭДК, несмотря на то, что они в 2—3 раза дешевле. ОспЛ
ное применение они находят как масла для реактивных двигателей и Л
толетов и сверхзвуковых самолетов.	М
Полиальфаолефины (ПАО) вырабатывают в промышленности |Л
тем полимеризации олефинов в присутствии хлористого алюмин Л
В связи с тем, что регулировать степень полимеризации трудно, вшЛ
чаются полимеры с довольно высокой молекулярной массой
(«S00—900). Их характерной особенностью является повышенная вяз-
кость, составляющая при 100°С от 25 до 40 мм2/с. Поскольку такая
вязкость в моторных маслах не требуется, ПАО обычно используют
как высоковязкие компоненты в смеси с нефтяными маслами и мало-
вязкими синтетическими жидкостями, такими как сложные эфиры.
IIAO имеют более высокий, чем нефтяные масла, индекс вязкости
1115—125) и довольно низкую температуру застывания (от —25 до
35°С). Представляя собой углеводороды, ПАО отлично смешиваются
г нефтяными маслами и имеют все их достоинства (водостойкость, за-
щитные свойства), превосходя их по термической и термоокислитель-
ной стабильности.
Диалкилбензолы (ДАБ) получают как сопутствующий продукт про-
изводства моноалкилбензолов — сырья для синтетических моющих
 редств и тесно связаны с ними по объемам производства. Представляя
‘ обой углеводороды, ДАБ имеют все их достоинства: хорошо совмеща-
ются с нефтяными маслами, ПАО и большинством присадок, негиг-
роскопичны и имеют неплохие защитные свойства. Ароматическая
природа ДАБ объясняет некоторые их преимущества по сравнению с
нефтяными маслами. Главными из них являются высокие термическая
и гермоокислительная стабильность и отличные низкотемпературные
свойства. К недостаткам ДАБ относятся низкие температуры вспышки
в высокая испаряемость, объясняемые маленькой молекулярной мас-
< ой молекул.
Полиорганосилоксаны — линейные кремнийорганические полиме-
ры общей формулы
R	R	R
I	I	I
R—Si—О—[Si—О]—Si—R,
I	I	I
R	R	R
hie R — водород или углеводородный радикал, обычно метил, этил или
||к'пил. Жидкие полиорганосилоксаны, используемые в качестве ком-
понентов горючесмазочных материалов, иногда называют олигооргано-
• и юксанами (от греческого олиго — немного), чтобы подчеркнуть их
1'.нн1ительно невысокую молекулярную массу (от сотен до нескольких
 |.|< чч а.е.м.). Иногда к ним применяют название «силиконовые масла».
< >бшими достоинствами полиорганосилоксанов являются их отлич-
>|| и- низкотемпературные свойства и вязкостно-температурная харак-
 : пстика, хорошая термостабильность, очень низкая испаряемость и
। шчные диэлектрические свойства. Силоксаны негигроскопичны.
1 недостаткам следует отнести плохую смазывающую способность и
•| р шиченную совместимость с нефтяными маслами. Смазывающая
способность несколько улучшается с увеличением длины радикала?
Исходя из сказанного, нетрудно сделать предположения о возможный
областях применения этих жидкостей в горючесмазочных материалах.
Радикал R в приведенной выше формуле, оказывает большое влия-
ние на свойства жидкостей. В промышленности получили наибольшее
распространение четыре типа гюлиорганосилоксанов, хотя только ими
ассортимент не ограничивается. Если R — метил, мы имеем полиме-
тилсилоксаны (ПМС), если этил — полиэтилсилоксаны (ПЭС), если
фенил — полифенилсилоксаны (ПФС). Различают линейные и развет-
вленные ПМС. Последние в качестве одного из радикалов R имеют по-
лиорганосилоксановую цепочку, соединенную с атомом кремния через
кислородный мостик. Разветвленные ПМС имеют гораздо более низ-
кие температуры застывания. Выпускают несколько марок ПМС, раз-
личающихся между собой вязкостью, значение которой (при 20°С) ис-
пользуется в маркировке. Разветвленные ПМС имеют, кроме того, ин-
декс «р». Отличием ПЭС от других жидкостей является хорошая сов-
местимость с нефтяными маслами и отличные низкотемпературные
свойства, однако в других отношениях ПЭС уступают полиметил- и
полифенилсилоксанам. Вероятно, поэтому нигде в мире, кроме СССР,
они не производились в большом количестве. ПФС в промышленнос-
ти используют редко. Больше распространены смешанные жидкости,
содержащие в качестве одного из R метил, а другого — фенил (ПФМС).
ПФМС отличаются высокой термической и термоокислительной ус-
тойчивостью, однако имеют сравнительно высокие температуры зас-
тывания. В табл. 26 для сравнения приводятся характеристики четырех
промышленно выпускаемых жидкостей, часто используемых в качест-
ве компонентов масел и пластичных смазок.
Технология кремнийорганических жидкостей сложна и требует до-
рогого сырья. Поэтому полиорганосилоксаны очень дороги. Один из
методов заключается в сополиконденсации органохлорсиланов (R3SiCl,
R2SiCl2, RSiO3) с последующей каталитической перегруппировкой.
Таблица 26
Характеристики товарных полиорганосилоксанов
Характеристика	ПМС-100	ПМС-ЮОр	ПЭС-4	ПФМС-4
Плотность, кг/м3	970	990	970-1000	1100
Кинематическая вязкость при 20°С, мм’/с	100	100	42-48	600-1000
Температура застывания, 'С	-35	-120	-НО	-20
Температура вспышки. °C	300	300	170	335
Температура начата термодеструкции, °C	350	270	250	400
Температура начала окисления, °C	100	180	150	-
294
Таблица 27.
Сравнительные характеристики масел различных типов
Характеристики	Неф- тяное	ПАГ	ПАО	ЭДК	эпс	ДАБ	Полиси- локсаны
Вязкостно-							
температурная	Удовл.	Хор.	Хор.	Отл.	Отл.	Удовл.	Отл.
характеристика Н изкотемпературн ые свойства	Плохие	Хор.	Хор.	Хор.	Хор.	Хор.	Отл.
Водостойкость	Отл.	Хор.	Отл.	Удовл.	Удовл.	Отл.	Отл.
Совместимость с нефтяными маслами	-	Плохая	Полная	Хор.	Удовл.	Полная	Плохая
Совместимость с резинами	Хор.	Хор.	Отл.	Отл.	Отл.	Хор.	Отл.
Испаряемость	Высокая	Низкая	Низкая	Отл.	Отл.	Высокая	Очень низкая
Термоокислительная стабильность	Хор	Хор.	Высокая	Хор.	Хор.	Хор.	Отл.
Защитные свойства	Отл.	Хор.	Отл.	Хор.	Удовл.	Отл.	Хор.
Биоразлагаемость Предельные рабочие	Плохая	Отл.	Плохая	Хор.	Хор.	Удовл.	Отл.
температуры при длительной работе (сотни часов), °C	120	180	230	180	190	200	230
Другие синтетические жидкости. Перечисленными выше продуктами
ассортимент синтетических жидкостей не ограничивается. В редких
специальных случаях используются полифениловые эфиры, хлорфтор-
углеводороды, эфиры фосфорной и кремниевой кислот, другие соеди-
нения. Они очень дороги и объем их применения невелик. Некоторые
из них используются как дисперсионные среды специальных пластич-
ных смазок.
В заключение этого раздела приведем сравнительные характерис-
тики масел на нефтяных и синтетических основах (табл. 27). Предпо-
ыгается, что в маслах содержатся антиокислительные, антикоррози-
онные и другие присадки. Эти данные следует считать ориентировоч-
ными, принимая во внимание прогресс в области разработки новых
смазочных материалов.
4.4.4.	Присадки
Современные масла обязательно содержат присадки, улучшающие
их эксплуатационные свойства. Присадки вводятся в масла в гораздо
Польшей концентрации, чем в топлива, так как в вязких средах затруд-
нено их взаимодействие с компонентами масел или транспорт на по-
верхности деталей двигателя. Большое количество присадок в масле и
295
их высокая концентрация делают очень важной проблему их совмести-
мости между собой. Под совместимостью понимают влияние присадок
друг на друга с точки зрения их коллоидно-химического состояния, а
также возможные эффекты синергизма (взаимного усиления действия)
или антагонизма (взаимного ослабления действия). Поэтому при про-
изводстве масел присадки вводятся в базовые основы не произвольно,
а в виде пакетов, где все возможные эффекты учтены.
В России работы по присадкам к смазочным маслам впервые орга-
низованы С. С. Наметкиным. Первые присадки были разработаны п
возглавляемом им Институте нефти, а затем — в Московском нефтя-
ном институте (ныне РГУ нефти и газа). Большую роль в создании при-
садок к маслам сыграл специальный институт Химии присадок (ИХП),
организованный в Баку в 1965 г. под руководством А. М. Кулиева. Сле-
дует также упомянуть И. Ф. Благовидова, автора первой отечественной
присадки, нашедшей практическое применение в товарных смазочные
маслах.
Наметкин, Сергей Семенович (1876-1950) — выдающийся советский химш
органик, ученик Н. Д. Зелинского, с 1948 г. директор Института нефтехимшю
кого синтеза АН СССР. Проводил исследования в различных областях обив и
органической химии. Большая часть работ С. С. Наметкина относится к химшй
и технологии нефти. В частности, он был основоположником работ в СССР Л
созданию присадок к смазочным маслам. Автор двухтомной монографии <-ХИ
мия нефти» (1932—1935).
Кулиев, Али Муса оглы (1912—1989) — видный специалист в области орган Л
ческой химии, нефтепереработки и нефтехимии. Возглавлял институт Химм
присадок АН Азерб. ССР, где разработал и внедрил процессы произволе гИ
депрессоров к маслам, антидымных присадок к дизельным топливам, друнИ
нефтепродуктов. Его перу принадлежит известная монография «Химия и itiM
нология присадок к маслам и топливам» (два издания — 1972 и 1985).
Благовидов, Игорь Федорович (1910—1990) — выдающийся советский м1|И
мотолог. Специалист в области моторных масел и присадок к ним. РодилсиЛ
Тбилиси в семье профессора, учился в Азербайджанском нефтяном инстпт
одновременно работая на Бакинском НПЗ, где прошел путь до главного inn 
нера. В конце 1950-х годов разработал депрессорную присадку АзНИП
первую из нашедших применение в смазочных маслах. В 1951 г. переш- >
Москву на должность начальника Главнефтепереработки. С 1954 г. — дир
ЦИАТИМ, а после преобразования последнего в 1955 г. — первый диремЛЬ
ВНИИНП.
Институт нефтехимического синтеза (ИНХС) им. А. В. Топчиева сотлпнИ
1934 г. под названием Института горючих ископаемых (ИГИ) на основе ( Н
пелевого института, Нефтяного геологоразведочного института и части
раторий Государственного института нефтяных исследований. Его осп
лем и первым директором был академик И. М. Губкин. Институт пршкмЛ
исследования по широкому спектру проблем нефтехимии и углехимии.Л|
2Q6
шое внимание уделялось исследованиям, которые в настоящее время объеди-
няются термином «химмотология». В годы Великой Отечественной войны в
институте проводились разработки новых топлив и масел, исследовались тро-
фейные горюче-смазочные материалы и разрабатывались рекомендации по их
применению на отечественной технике. Так, был расшифрован состав и созда-
ны аналоги немецких масел «оппанол» на основе олигомеров изобутилена и
 шлейфного масла». В 1948 г. ИГИ разделился на ИНХС и ИГиРГИ (Институт
1еологии и разведки горючих ископаемых). В ИНХС были выполнены разра-
нотки присадок к маслам, исследовался механизм их действия. Ряд присадок
внедрен в промышленность.
Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина —
создан в 1930 г. на базе нефтяного факультета Московской горной академии
под наименованием Московского нефтяного института. В последующие годы
переименовывался в Институт нефтехимической и газовой промышленности,
1осударственную академию нефти и газа и Российский государственный уни-
верситет нефти и газа (современное название). В настоящее время является ба-
1овым институтом по подготовке специалистов во всех областях, связанных с
разведкой, добычей, переработкой нефти. В конце XX века в институте ежегод-
но училось около 7 тысяч студентов. На кафедрах института проводится науч-
ная работа по десяткам направлений, одним из основных среди них является
химмотология.
Антиокислительные присадки представлены двумя группами: фе-
нольными антиоксидантами и производными дитиофосфорной кисло-
1ы. К первым относятся ионол (Агидол-1) и Агидол-2 (2,2-метилен-
'>пс-(4-метил-6-/ирет-бутилфенол), известный также под названием
И Г-2246. Последний обладает меньшей летучестью, чем ионол и более
дефективен при повышенной температуре. Присадки фенольного ти-
па используют преимущественно в индустриальных и энергетических
маслах. В моторные масла вводят присадки на основе производных
дитиофосфорной кислоты, самой известной из которых является при-
садка ДФ-11, активный компонент которой представляет собой диал-
кплдитиофосфат цинка.
Аналогами ДФ-11 являются присадка ВНИИНП-354 (диалкилфе-
чплдитиофосфат цинка), ДФ-1 (диалкилдитиофосфат бария) и др.
(налкилдитиофосфатные присадки обладают не только антиокисли-
п-иьными, но еще и противоизносными и антикоррозионными свой-
• щами, чем и объясняется их широкое использование в моторных
маслах.
Получение диалкилдитиофосфатных присадок заключается во вза-
модействии пятисернистого фосфора с соответствующими спиртами и
Последующей нейтрализации реакционной массы оксидом металла.
После очистки продукта реакции от непрореагировавших компонен-
||)п, механических примесей и воды его растворяют в масле и доводят
ао требуемой кондиции.
297
Следует также упомянуть присадку Борин, представляющую собой
продукт реакции Манниха 2,6-дитретбутилфенола с параформом и ам-
миаком, модифицированный борной кислотой. Строение молекулы
Борина напоминает строение молекулы Агидола-2, в которой метиле-
новый мостик между ароматическими кольцами заменен на группу —
CH2(NHH3BO4)-CH2-.
Противоизносные и противозадирные присадки представляют собой
хлор и/или серосодержащие соединения, активно взаимодействующие
с металлом поверхности и образующие сервовитные пленки. К их чис-
лу относятся хлорированные парафины, сульфидированные олефины,
производные дитиокарбаминовой и дитиофосфорной кислот. В каче-
стве типичных примеров можно привести присадки КИНХ-2 (поли-
сульфидированный изобутилен), JI3-23K (диизопропилксантогенат
этилена), Хлорэф-40 (дибутиловый эфир трихлорметилфосфи новой
кислоты), ЭФО (цинкбариевая соль изобутилового эфира арилдитио
фосфорной кислоты). Присадки вводятся в масло в концентрации
0,5—1,0%. При испытаниях на ЧШМ установлено, что их введение н
масло в концентрации 3-5% позволяет в 1,5—2,0 раза снизить средний
диаметр пятен износа (с 0,7 до 0,4 мм), увеличить критическую нагруз
ку до заедания Р с 500—600 Н до 2000—3000 Н и нагрузку сваривания
Рсвс 1200 до 4000-5000 Н.
Депрессорные присадки вводят в масла с целью снижения температу
ры их застывания. Одной из лучших в этом отношении является
присадка ПМА-Д, представляющая собой 30—40%-й раствор полимс
такрилата в масле типа И20А. Кроме нее в России широко распростри
нена присадка АФК: алкил (С20—С35)-фенолят кальция. Рабочие
концентрации депрессоров в маслах составляют обычно 0,5—1,0%.
Вязкостные (загущающие) присадки не могут быть поставлены в один
ряд с присадками других типов. Их применение ознаменовало созда
ние принципиально нового класса нефтяных загущенных масел с ип
дексом вязкости, достигающим 150, и пригодных для применения в тс
чение круглого года. При введении таких присадок вязкость масла при
повышенной температуре увеличивается в большей степени, чем при
пониженной. Таким образом, улучшается вязкостно-температурная
кривая масла. Вязкостные присадки представляют собой растворимые
в масле полимеры, например полиизобутилен (присадки КП-5, КП-10
и КП-20 — полиизобутилен с различной степенью полимеризации
Цифры при обозначении присадок указывают на ориентировочное
значение молекулярной массы). Первые отечественные вязкостные
присадки были синтезированы С. С. Наметкиным с сотрудниками п
1939 г. Полимеризацией изобутилена при— 7б°Сони получили полимер
с молекулярной массой 24000, названный ими суперолом. Позднее п
качестве вязкостных присадок были предложены другие полиолефн
298
ны, например этапов (атактический полипропилен) и полиметилакри-
1эты, например ПМА-В1 и ПМА-В2. Рабочие концентрации вязкост-
ных присадок довольно велики и колеблются от 2 до 20%.
Моюще-диспергирующие присадки — непременные компоненты мо-
юрных масел. Они способствуют снижению образования отложений
на поверхностях металлических деталей двигателя. Принцип действия
присадок — двоякий. Во-первых, они сорбируются на поверхности ме-
шала, создавая прочный слой, препятствующий образованию отложе-
ний; во-вторых, они солюбилизируют частицы нагара, смол и различ-
ных твердых продуктов. Моюще-диспергируюгцие присадки бывают
iByx типов: зольные щелочные и беззольные. Зольные присадки в
качестве активных компонентов содержат алкилсульфонаты, алкилса-
1ицилаты и алкилфеноляты металлов (бария, кальция, магния). Благо-
паря наличию щелочноземельных металлов зольные присадки характе-
ризуются некоторой щелочностью. Поэтому они нейтрализуют кис-
ютные продукты окисления масла. Щелочность присадок может быть
искусственно повышена. Для этого в них добавляют высокодисперги-
рованные карбонаты, оксиды и гидроксиды металлов. Наиболее расп-
ространены сульфонатные присадки, которые вводят в большинство
моторных масел. Еще более эффективны алкилсалицилаты, стойкие в
пресной и морской воде и придающие маслам дополнительные антио-
кислительные свойства. Однако алкилсалицилаты сравнительно доро-
III и применяются реже. Различают нейтральные, среднещелочные и
пысокошелочные алкилсульфонаты и алкилсалицилаты (табл. 28).
Беззольные моюще-диспергирующие присадки характеризуются
меньшей щелочностью (около 20 мг КОН/г), но зато обладают лучши-
ми солюбилизирующими свойствами. Наиболее распространены при-
садки С-5А и Днепрол. С-5А — 40—50%-й раствор алкенилсукциними-
1юв в масле. В силу особенностей технологии содержит также некото-
рое количество полиизобутилена. Днепрол — основание Манниха
алкилфенола, модифицированное борной кислотой. Он более термос-
1ибилен, чем С-5А, и применяется в маслах, работающих при повы-
шенной температуре.
Рабочие концентрации моюще-диспергируюших присадок в масле
составляют 2—5%, но в некоторых случаях могут достигать 20% и более.
Ингибиторы коррозии вводят преимущественно в рабоче-консерва-
ционные масла с целью повышения их защитных (антиржавейных
свойств). Принцип действия этих присадок заключается в образовании
прочной пленки на металлической поверхности. Пленка может быть
образована в результате хемосорбции или простой (физической) адсор-
бции присадки. Хемосорбционные пленки прочнее и выдерживают
действие сравнительно высоких (до 150°С) температур. Они обладают
также эффектом последействия, то есть остаются работоспособными
299
I
Таблица 28.
I Примеры моюще-диспергирующих присадок различных типов
Присадки	Состав	Зольность сульфатная, %	Щелочное число, мг КОН/г
Нейтральные:			
НСК	50%-й раствор нейтрального алкил(С16—Сзо) армлеульфоната кальция в масле	>4,5	<30
АСК	50%-й раствор нейтрального ал кил (С14-С18)арилсал ици л ата кальция в масле М-6	6-7	50-60
Среднещелочные:			
ПМСя (кальциевая)	Коллоидная дисперсия карбоната кальция, стабилизированная сульфонатом кальция	15-20	100-130
МАСК	Коллоидная дисперсия карбоната кальция в масле М-6 и алкилфеноле, стабилизи- рованная алкилсалицилатом кальция	13-17	110-140
Высокощелочные:			
С-300	Коллоидная дисперсия карбоната кальция (20—25%), стабилизированная сульфонатом кальция (28-30%)	35-45	280-310
некоторое время после удаления присадки из масла (например, смены
масла с присадкой на свежее без присадки). Присадки, образукмннр
простые сорбционные пленки, не обладают преимуществами первых,
зато характеризуются более высокими водовытесняющими свойств
ми. Из ингибиторов коррозии следует упомянуть присадки СИМ
кенилсукцинимид мочевины) и АКОР-1 (продукт нитрования не<|нН
ных масел, обработанный гидроксидом кальция и содержащий ом Л
10% стеарина).	Д
Противопенные присадки вводят в масло с целью предотвращения (Л
разования пены при работе двигателя. Особенно они необходимыИ
маслах, содержащих много других присадок, которые, как правило, нН
ляются поверхностно-активными веществами. В качестве противонаН
ных присадок используют полиалкилсилоксаны, например iipm nl
ПМС-200А. Недостатком таких присадок является их нестойкого Л
отношению к кислотам. Концентрация присадки ПМС-200А в>п Н
составляет 0,002—0,005%. Механизм действия противопенных при» i Л
основан на том, что они полностью не растворимы в масле, но в о, Л
время могут быть в нем диспергированы в виде мельчайших капель ) Л
300
Таблица 29.
Варианты масел с пакетами присадок
Компонент масла	Назначение	М6312Г,		М8Г,К	
		1	II	I	II
ПМА-Д	Загущающая полиакрилатная	6	1,5	1,5	-
МАСК	Моющая алкилсалинилатная	5	2	3,8	—
кнд	Моющая сульфонатная	2	3,5	1	2,1
। '5А	Моюше-диспергируюшая сукцинимидная	3,2	3,2	-	-
I.MA-5	Противокоррозионная	0,2	0,2	-	—
ДФ-1!	Антиокислительная, проти- воизносная, противозадирная	2.2	2,2	1,2	I
КП-10	Загущающая полиизобутиленовая	-	8	-	-
(-150	Моющая среднезольная	-	—	2	—
ПМС	Моющая высокозольная	-	-	3,2	-
\C60C	Моющая		-	3,2	-
lerepcoj'i-140	Моющая среднезольная	-	-		3,5
Чспресал-М	Депрессорная	-	-		0,3
I1MC-200A	Антипенная присадка	0,003	0,003	0,003	0,003
< месь масел inna И40А и «и ।атомного компонента	Базовая основа	до 100	до 100	до 100	до 100
капли встраиваются в пленки масла, выполняющие роль перегородок в
пенах, и нарушают однородность (и прочность) этих перегородок.
Пакеты присадок. Мы уже отмечали, что в товарных маслах может
годержаться несколько присадок в суммарной концентрации до 20%.
При подборе таких композиций возникает проблема совместимости
присадок между собой. Чтобы каждый раз ее не решать, формируют па-
кет, содержащий все или почти все требуемые присадки. Разработка
масла заключается в выборе базовой основы (в общем случае смесь
инстиллятных и остаточных масляных фракций) и подборе пакета при-
садок. Состав пакета может изменяться в зависимости от свойств базо-
вой основы, доступности тех или иных присадок. Масла одной и той же
марки, но вырабатываемые на разных предприятиях, могут содержать
 гы разного состава. В табл. 29 в качестве примера представлены по
варианта масляных композиций наиболее известных марок —
'12Г( («жигулевского» и М8Г2К («камазовского»). На практике
х вариантов могут быть десятки.
условиях одного производства удобными бывают так называемые
адные пакеты присадок. Их смысл заключается в постепенном ус-
। • । пении основного пакета в зависимости от требований масла. На-
301
пример, для производства масла группы В используют пакет опред<
ленного состава. Если же необходимо вырабатывать масло группы Г, и
в основной пакет добавляют новые присадки, придающие маслу нови-
потребительское качество.
4.5. Пластичные смазки
4.5.1.	Назначение и ассортимент пластичных смазок
Пластичные смазки представляют собой смазочные масла, загу-
щенные до состояния гелей. Это позволяет использовать их в тех слу-
чаях, когда применение масел невозможно, затруднено или нерацио-
нально. К таким случаям относятся открытые узлы трения, узлы, где
частое пересмазывание невозможно из-за трудного доступа или по дру-
гим причинам. Пластичные смазки позволяют упростить систему сма-
зывания и сделать ее более компактной. Консистенция пластичных
смазок — основное, но не единственное их преимущество перед масла-
ми. Смазки, например, обладают лучшими демпфирующими свойства-
ми, то есть способностью гасить пульсации давления в узле трения и
Г таким образом уменьшать его вибрацию. У смазок есть и другие полез-
ные свойства, которые будут отмечены по тексту. Основная масса сма-
зок (около 85% от объема применения) предназначена для снижения
трения механизмов. Это антифрикционные смазки. Небольшое коли-
чество смазок относится к консервационным (около 14%) и еще мень-
ше — к уплотнительным (около 2%).
Классификация пластичных смазок определена ГОСТ 23258-78.
В соответствии с этим стандартом смазки должны иметь характерное
словесное название и пять индексов, которые обозначают группу смаз-
ки по назначению (табл. XLI), тип загустителя (табл. LII), рекомендуе-
мый температурный интервал применения, тип дисперсионной среды
(табл. LIII). Что касается температурного интервала применения, то on
определяется разработчиком и обозначается дробью: в числителе -
минимальная отрицательная (но без минуса), а в знаменателе — макси-
мальная температура, уменьшенные в десять раз. Индекс 5/16 соотвег
ствует интервалу — 5О...+ 16О°С. По консистенции пластичные смазки
делятся на полужидкие, собственно пластичные и твердые.
Антифрикционные смазки, как уже было отмечено, представляют со-
бой большинство по количеству наименований и объему применения.
Их назначение — снижать износ и предотвращать заедание трущихся
деталей в широком диапазоне рабочих условий.
Консервационные смазки предназначены для защиты металлических
деталей от коррозии при хранении и эксплуатации. Достоинством кон-
302
ервационных смазок перед маслами такого же назначения является
ю, что они лучше удерживаются на поверхностях и образуют более
прочный защитный слой, препятствующий проникновению агрессив-
ных агентов. Недостаток их заключается в более трудном нанесении на
поверхности. Поэтому вместо смазок рекомендуется применять
ПИНСы — пленкообразуюшие ингибированные нефтяные составы —
ге же смазки, но разбавленные легким углеводородным растворителем.
Они наносятся на поверхности разбрызгиванием, после чего раствори-
тель испаряется, а на поверхности остается слой смазки. От консерва-
ционных смазок требуются высокий предел прочности при сдвиге, хо-
рошие водостойкость, окислительная стабильность, адгезия к металлу.
Уплотнительные смазки используют для герметизации таких дета-
лей, как краны, резьбовые соединения, разборные соединения вакуум-
ных установок, сальниковые уплотнения. Уплотнительные смазки ха-
рактеризуются более высокими пределом прочности при сдвиге, вяз-
костью, меньшей пенетрацией. Желательно, чтобы они имели хорошую
коллоидную стабильность, адгезию и когезию. Резьбовые смазки долж-
ны обеспечивать легкую сборку и разборку резьбовых соединений.
Адгезия (прилипание) — способность смазочного материала (вообще веще-
ства) удерживаться на поверхности. Она определяется силами межмолекуляр-
ного взаимодействия (физического или химического) на границе раздела фаз,
в интересующем нас случае — между молекулами смазочного вещества и моле-
кулами поверхности деталей трения. Исследуя прочность адгезионных слоев,
иногда приходится учитывать когезионные характеристики смазочного мате-
риала. Если когезия слишком велика, то смазка на поверхности может не за-
крепиться. Этот эффект иногда используют, например, при создании разделя-
ющих материалов.
Когезия — сцепление частиц, составляющих одну фазу, между собой. Она
определяется межмолекулярными силами внутри жидкости и характеризуется
работой, которую следует затратить, чтобы разделить между собой слои веще-
ства. Разделение слоев маловязких жидкостей равноценно созданию двух
новых поверхностей. В силу этого работа когезии равна удвоенному значению
поверхностного натяжения. Для того чтобы жидкость сорбировалась на повер-
хности (смачивала ее), силы когезии должны быть меньше адгезионных. При-
мером может быть вода, растекающаяся по чистому стеклу и собирающаяся в
капли на грязном стекле с жирной поверхностью.
Канатные смазки предназначены для предотвращения коррозии и
уменьшения трения между отдельными прядями стальных канатов.
Эти смазки особенно важны в горнорудной технике, буровых установ-
ках, строительно-монтажных работах. Они должны иметь хорошую
водостойкость, высокую адгезию кетали и удовлетворительные низко-
температурные свойства. Существует разновидность канатных смазок,
предназначенных для пропитки органических (пеньковых) сердечни-
303
ков стальных канатов. Их особенностью является наличие в составе и»
тисептиков — обычно медных солей органических кислот.
4.5.2.	Структура и общие свойства пластичных смазок
Пластичные смазки — это структурированная коллоидно-химп'и <
кая система. Раньше строение смазок представляли в виде губки, м
кас которой был образован загустителем и наполнен смазочным м.н
лом. Собственно, этим руководствовались создатели первых пласшь .
ных смазок. Исходя из этой идеи, предполагалось, что пластичпии
смазка — лишь удобная форма доставки смазочного масла на трущую
ся поверхность. Загустителю отводилась роль средства, удерживакнцг
го масло в узле трения. Довольно скоро это мнение было опровергнув»,
так как появилось много доказательств непосредственного участия ш
густителя как в процессе трения, так и в обеспечении факультативный
свойств смазки.
Специалистов постоянно интересовал вопрос, как выглядит карюю
пластичной смазки, который долгое время был лишь спекулятивным
(то есть умозрительным) построением. Появление электронной мик-
роскопии, позволяющей получить увеличение в десятки тысяч раз, ди
ло надежду увидеть его воочию. Были созданы такие методы обработки
пластичных смазок легкими растворителями, которые позволяли уди
лить дисперсионную среду, не затрагивая каркаса. Он становился види
мым для пучка электронов, после того, как на него напыляли тонкий '
слой проводящего металла: золота, никеля и т. д. Однако оказалось, ч н>
каркас сохранить абсолютно целым все же не удается. Можно было ин
деть лишь элементы этой структуры и при достаточной фантазии ны |
таться ее восстановить.
В России систематические электронномикроскопические исследовании
смазок были выполнены Г. В. Виноградовым и В. В. Синициным.
Синицын Владимир Владимирович (1927—1985) — д. т, н., проф., круп..
специалист в области пластичных смазок. Работал в 25 НИИ МО РФ. Руконо
дил или участвовал в разработке многих смазок отечественного ассорти мен i.i. J
методов их испытаний. Один из создателей комплекса методов квалификаций
онной оценки смазок. Для исследования смазок широко привлекал новейшиИ
инструментальные методы, в частности электронную микроскопию и рентгсИ
новскую спектроскопию. Автор нескольких основополагающих монографий
справочников по пластичным смазкам. В. В. Синицина отличали большая арувЙ
диция в различных областях науки и культуры и огромный интерес к жизпи^И
Погиб во время путешествия по реке на байдарке.
Было открыто несколько типов элементов микроструктуры, кото^Г
рые, вероятно, соответствовали разным типам ассоциации молекул за-®-,
густителя. При анализе мыльных смазок чаще всего наблюдали ленточ-И^
304
Ыс образования. Чем полярнее был катион мыла, тем более четкими
И ленты выглядели на экране. Смазки, на олеофильных глинах, сили-
геле, графите, то есть таких загустителях, загущающая способность
орых обеспечивалась лишь развитой поверхностью, имели глобу-
рную микроструктуру. При исследовании полимочевинных смазок в
Некоторых случаях можно было наблюдать глобулярную микрострук-
’|Ьру, а в некоторых — ее элементы были представлены иглами толщи-
ной 1 мкм и длиной около 10 мкм.
Реологические свойства. Основное отличие пластичных смазок от
масел заключается в том, что смазки — тиксотропные системы, то есть
ыкие вещества, которые под действием какой-либо силы изменяют
(нои свойства, а после прекращения действия этой силы их частично
пни полностью восстанавливают. Это качество смазок позволяет им ра-
ботать в таких условиях, когда масла мало пригодны. Тиксотропия
ын'спечивается тем, что смазки представляют собой структурирован-
ные жидкости; фактически это масла, заключенные в трехмерный кар-
► .(С, образованный волокнами загустителя. Тиксотропные свойства
। мазок приходится учитывать при испытаниях. Образцы одной и той
♦с смазки, выдерживавшиеся в течение различного времени, могут
иметь разные прочностные и другие характеристики, определяемые
прочностью структуры каркаса. Чтобы нивелировать это явление,
> мазку перед анализами перемешивают (разрушают) в специальной
мешалке, которая представляет собой закрывающийся с обоих торцов
цилиндр объемом 100 см3. В цилиндре движется перфорированный
поршень, при движении которого смазка перемешивается и разруша-
йся. Число двойных движений поршня (туда — сюда) задается равным
60, но в некоторых случаях — 100000. Мешалка пенетрометра исполь-
(устся для разрушения смазок и в других случаях: при определении
предела прочности на сдвиг, на разрыв и т. д. Если перемешивание не
предусмотрено, это специально указывают.
Реологические свойства смазок характеризуются пределом проч-
ности при сдвиге, коллоидной стабильностью и вязкостью.
Предел прочности при сдвиге — такое напряжение сдвига, при кото-
ром структурный каркас смазки разрушается и она начинает течь как
простая жидкость. Чем выше температура, тем ниже предел прочности
in редких случаях бывает наоборот). Этот показатель определяет спо-
собность смазки удерживаться в узле трения под действием внешних
пл. С этой точки зрения, чем выше предел прочности, тем лучше. Од-
нако для того, чтобы смазка могла поступать на поверхность трения,
на должна иметь достаточную подвижность. Поэтому слишком высо-
। ий предел прочности для успешной работы в узле трения также плох.
1,пя большинства смазок оптимальный диапазон значений предела
прочности при 20°С составляет 100-500 Па. Однако способность удер-
П-449
305
живаться в узле трения обеспечивается не только прочностью смазки,
но и другими характеристиками, например адгезией. Поэтому смазки с
хорошей адгезией без особого ущерба для работоспособности Moryi
иметь невысокий предел прочности при сдвиге.
В России предел прочности при сдвиге определяют на приборе К-2.
Основной узел прибора — латунный капилляр, в который закладывает-
ся смазка. Чтобы адгезионные свойства смазок не мешали определе-
нию, капилляр внутри оребрен. Капилляр помешается вертикально и
термостат. Определение проводят при 20, 50 или 80°С. С исследова-
тельскими целями может быть взята и другая температура. К столбику
смазки в капилляре прилагается сдвиговое усилие, которое измеряется
манометром как давление. Фиксируется минимальное значение давле
ния, при котором столбик смазки выходит из капилляра. Большинство
смазок общего назначения имеют предел прочности при 20°С, равный
200-600 Па. При нагревании предел прочности при сдвиге как прави-
ло уменьшается.
Вязкость. Выше мы отмечали, что смазки относятся к неньютоновс-
ким жидкостям, вязкость которых зависит от прилагаемого усилия
сдвига. Чем больше это усилие, тем легче течет смазка и тем меньше ее
вязкость. Поэтому вязкость смазок определяют при определенных зна
чениях сдвигового напряжения (градиента скорости сдвига) и темпера
туры. Как можно догадаться, понятие кинематической вязкости в слу
чае пластичных смазок не имеет смысла. Для них определяют динами-
ческую вязкость. Иногда ее называют эффективной — это вязкость та-
кой ньютоновской жидкости, которая в данных условиях оказывает та-
кое же сопротивление сдвигу, как и испытуемая смазка.
Так же, как и предел прочности при сдвиге, оптимальное значение
вязкости лежит в определенных пределах. Слишком вязкая смазка пло
хо прокачивается, оказывает большое сопротивление при установив-
шемся режиме работы и ухудшает пусковые характеристики. Жидкая
смазка (если только так не предусмотрено специально) вытекает из уз
ла трения, плохо удерживается на поверхностях. Считается, что при
минимальной рабочей температуре и градиенте скорости сдвига Юс1
вязкость смазок не должна превышать 2000 Па-с.
Зависимость вязкости пластичной смазки от градиента скорости
сдвига выражается вязкостно-скоростной характеристикой, определяе
мой при заданной температуре1.
Вязкостно-температурная зависимость у пластичных смазок выра-
жена слабее, чем у масел. Это объясняется тем, что с изменением тем-
пературы прочность каркаса смазок изменяется не слишком сильно.
Вязкость смазок зависит также от концентрации загустителя (чем его
1 Более подробно об этом — с.м. Тезаурус.
306
дольше, тем вязкость выше) и степени дисперсности загустителя (чем
меньше его частицы, тем больше связей образуется между ними и тем
прочнее создаваемый ими каркас).
Динамическую вязкость смазок определяют на капиллярных виско-
тметрах типа АК.В-2 или АКВ-4, а также на ротационных вискозимет-
рах — реотестах.
Пенетрация — один из старейших показателей, которыми характе-
ризовали консистентные смазки. По традиции в США и некоторых
чругих странах сохранилась классификация смазок по пенетрации,
разработанная NLGI (National Lubricating Grease Institute), хотя этот
показатель особого эксплуатационного значения не имеет. Эта клас-
сификация представлена в табл. LIV. По ней большинство смазок
относится ко второму классу пенетрации. Показатель пенетрации
включают и в отечественные технические условия. Он удобен при
сравнении образцов одной и той же смазки, для которой значение пе-
нетрации хорошо известно. Им, например, можно пользоваться при
производстве, для оценки соблюдения технологии приготовления
смазок. Сравнивать между собой по пенетрации смазки разных типов
бессмысленно.
Пенетрация характеризует «мягкость» смазки и определяется глуби-
ной проникновения в смазку конуса стандартных размеров и массы в
1ечение 5 с. Ее измеряют в десятых долях миллиметра при определен-
ной (обычно 25°С) температуре. Перед испытанием смазку разрушают
п специальной мешалке, о которой упоминалось выше.
Температура каплепадения — показатель, характеризующий плавле-
ние смазки в условиях испытания. Его определяют в приборе Убеллоде,
представляющем собой термометр, на нижнем конце которого распо-
иожена маленькая камера с отверстием внизу. В камеру закладывается
небольшое количество смазки, она помешается в термостат и медлен-
но нагревается. Температура, при которой первая капля смазки вытечет
из камеры, и является температурой каплепадения (7^). Традиционно
/к определяют для всех смазок, хотя данный показатель не более ин-
формативен, чем пенетрация. Как и пенетрация, он удобен при конт-
роле производства смазок.
Иногда утверждают, что верхний температурный предел работо-
способности смазок лежит на 15—20°С ниже 7К. Однако это заблуж-
цение, хотя и весьма распространенное. Способность смазок работать
при высоких температурах определяется другими показателями: ста-
бильностью, адгезией и пр. Например, Тк литиевой смазки Литол-24
выше 170°С, а максимальной температурой ее применения является
130°С. С другой стороны, Т* полимочевинной смазки Политерм-тер-
мостойкая не превышает 250°С, а ее возможные рабочие температуры в
некоторых узлах достигают 300°С.
20*
307
Коллоидная стабильность характеризует способность смазки
живать масло внутри своего каркаса поддействием нагрузки. Таг ।
разом, она является косвенной характеристикой прочности стр-.
смазки. Часто уже при хранении смазки можно заметить некотор
личество масла, выделившееся на поверхности под действием вс<
мой смазки. Масла может быть довольно много. Методы опрело- и
коллоидной стабильности основаны на измерении количества пп
лившегося масла при механическом воздействии, например на цеп ip
фуге или под нагрузкой. В России наиболее распространен мето, 
пытаний на приборе КСА: отпрессовывание масла (в процены и.
смазку) при комнатной температуре из образца, помешенного м>  и
слоями фильтровальной бумаги под нагрузкой 10 Н втечение 30 ми>ц<
Максимально допустимым считается значение 30%. Большинство < •>»
зок имеют коллоидную стабильность, равную 5—15%.
Испаряемость — важный для практического применения noK.un
тель, особенно для смазок, работающих при повышенной темпер,н>
ре или в вакууме. Он характеризует возможность продолжителен.ж
работы узла трения до пересмазывания. Показатель зависит пр< ч I»
всего от летучести масла, взятого в качестве дисперсионной среды ив
небольшой степени — от типа загустителя. Важны и условия работ
и3 тонкого слоя смазки с большой поверхностью масло испаряет»
В результате испарения
быстрее.
масла увеличивается
прочное

смазки, ухудшаются ее низкотемпературные свойства. Если испар
ние масла сопровождается деструкцией дисперсионной среды или
густителя, возможно цементирование смазки в узле трения с потере
его подвижности. Испаряемость смазок оценивают как потерю масс
образна в процентах при выдерживании его в стандартных условии
температуре и времени, задаваемых техническими требованиями
смазке.
Химическая стабильность — способность смазок сохранять сип
состав под действием химически активных реагентов: кислот, шеломе!
кисД0Р°Да воздуха. На практике часто под химической стабильность
понимают окислительную стабильность, то есть устойчивость смак
под действием кислорода. Показатель важен на практике, особенш
для смазок, работающих длительное время без пересмазывания. В рс
зультате окисления смазки разупрочняются (иногда, напротив, твердо
ют), ухудшаются их коллоидная стабильность и смазывающие свой
ства. Повышенной окисляемости смазок способствуют высокие темпе
ратуры, работа в тонком слое, контакт с медью, железом и другим
металлами — промоторами окисления.
Окислительную стабильность смазок оценивают, подвергая образе
действию высокой температуры в присутствии катализаторов окисле
ния. При этом измеряются динамика поглощения кислорода, кисло!
308
число, содержание карбонильных групп. Кроме того, изучают
«•пение реологических и других свойств окисленных смазок.
Ь Повышение химической стабильности достигается комплексным
Мбором дисперсионной среды, загустителя и присадок. Мыльные
Винки характеризуются меньшей химической стабильностью, чем
IIтки, загущенные неполярными загустителями: глинами, полимера-
Ви, пигментами.
 Гермическая стабильность — способность смазки противостоять
Внетпию высокой температуры. При этом исследователей главным об-
Кяюм заботит явление, называемое термоупрочнением: затвердевание
ин юк до полной потери пластичности и смазывающих свойств. Осо-
нно термоупрочнению подвержены мыльные и сажевые смазки.
В принципе исходные свойства упрочнившихся смазок можно восста-
ппить интенсивным перетиранием (гомогенизацией), но в условиях
Эксплуатации эта операция малоосуществима.
I Термическую стабильность оценивают, выдерживая образец смазки
рп повышенной температуре и измеряя предел прочности до и после
Испытания. В результате термоупрочнения предел прочности может
исличиться в десятки раз.
I Механическая стабильность. При механическом воздействии в уз-
ле грения структура пластичной смазки разрушается. Это явление
не льзя считать отрицательным, так как благодаря разжижению смаз-
► л подтекает в зону трения. Однако та часть смазки, которая далека от
щущихся поверхностей, должна сохранять свои коллоидно-химичес-
кие свойства, чтобы не вытекать из узла трения, не высыхать и т. д.
I егественное перемешивание смазки в узле трения приводит к тому,
по разрушенная смазка вытесняется на периферию, где она должна
«постановить свои характеристики. Насколько быстро это происхо-
ипт, зависит от тиксотропных свойств смазок. Для их оценки исполь-
устся показатель, называемый механической стабильностью. Его оп-
ределяют, измеряя предел прочности смазки на разрыв. Метод заклю-
чается в том, что испытуемый образец выдавливают из капилляра до
«ex пор, пока столбик смазки не оборвется под действием собствен-
ного веса. Отношение массы оторвавшегося столбика к площади его
поперечного сечения называется пределом прочности на разрыв. Для
оценки берут образцы: исходный, разрушенный в специальном при-
поре — тиксометре и «отдохнувший», восстановивший свои свойства
через определенное время — обычно через трое суток. Сравнивая
полученные результаты, вычисляют индекс разрушения и индекс
тиксотропного восстановления А'в. Эти индексы вычисляют по урав-
нениям
= [<°и - аР)/°и1 100 и кв = К°в - °р)/°в] 100>
309
где он, ор и ов — значения предела прочности на разрыв соответствен-
но исходной, разрушенной и восстановившей свои свойства смазки.
Бывает так, что значение Кв превышает 100%. Это значит, что смаз
ка в результате отдыха чрезмерно упрочнилась. Такое явление нежели
тельно, поскольку смазка может потерять смазывающие свойства. На
механическую стабильность смазок влияют тип и концентрация загус
тителя, но в большей степени — природа дисперсионной среды и нали
чие присадок и наполнителей.
Радиационная стойкость от смазок требуется нечасто. Сум мариаи
доза, равная 10б—108 рад, может привести к разрушению структуры
смазки. Радиационная стойкость смазок зависит прежде всего от при
роды дисперсионной среды. Нефтяные масла достаточно устойчивы к
действию радиации, чего, к сожалению, не скажешь о кремнийоргани
ческих жидкостях или сложноэфирных маслах. Радиационную стон
кость можно повысить, добавляя к смазкам антирады, например, диал
килнафталины.
Биологическая стойкость также не является часто требуемым пока
зателем, особенно в нашем климате. В благоприятных условиях микро
организмы, попавшие в смазку (бактерии и грибы) могут развиваться,
потребляя те или иные компоненты смазки. В результате разрушается
ее структура. Чтобы этого не произошло, в смазку можно добавлять ап
тисептики: фенолы, салициловую кислоту, соединения никеля или
олова и пр.
Биоразлагаемость — экологическая характеристика, противополож
ная биостойкости. Она требуется, чтобы отработанные смазки не за
грязнял и окружающую среду. Биоразлагаемость обеспечивается подбо
ром компонентов смазки, но часто приносится в жертву рабочим
характеристикам.
Водостойкость — важный практический показатель для смазок, ра
ботающих в открытых узлах трения и в контакте с водой и водяным
паром. Под водостойкостью понимают растворимость в воде, водопро
ницаемость и смываемость. На растворимость в воде влияет прирола
загустителя. Более-менее растворяются в воде смазки на натриевых и
калиевых мылах. Иногда этим пользуются. Например, на текстильных
производствах применяют натриевые смазки, которые при случайном
попадании на ткань легко смываются водой. Растворимость смазок и
воде оценивают визуально после выдерживания смазки в холодной или
кипящей воде в течение оговоренного времени. Влагопроницаемосн.
смазок определяет их защитные свойства. Наибольшей влагопрониш!
емостью характеризуются мыльные смазки по причине высокой пп
роскопичности мыл. Смазки на неполярных загустителях, прежде псе
го углеводородные, имеют очень маленькую влагопроницаемосн.
Смываемость смазок оценивают, действуя на тонкий слой смазки пото
310
ком воды или орошением. Этот показатель может быть определен ко-
личественно.
Показатели, характеризующие водостойкость смазки, не могут быть
интерпретированы однозначно. Например, растворимая в воде смазка
1—13 хорошо работает в ступицах колес автомобилей, то есть в услови-
ях прямого попадания воды и в контакте с влажным воздухом. Вопре-
ки ожиданиям, гигроскопичные смазки обладают высокими защитны-
ми свойствами по отношению к металлам. Это объясняют тем, что,
поглощая воду, смазки не пропускают ее на поверхность металла.
Противоизносные и противозадирные свойства зависят от состава
смазок, их консистенции, а также толщины слоя смазки на поверхнос-
ти. Чем лучше эти свойства у базовой основы (дисперсионной среды),
гем лучше они и у смазки. Но большое влияние на эти свойства оказы-
вает и природа загустителя. Его молекулы активно сорбируются на по-
верхности и участвуют в трибохимических превращениях. Как прави-
ло, загуститель улучшает противоизносные и противозадирные свой-
ства базового масла. Однако повышение его концентрации должно
иметь разумные пределы, иначе смазка станет слишком плотной и не
будет подтекать в зону трения. На рис. 105 представлены нагрузочные
характеристики нефтяного масла и смазок на его основе, загущенных
10% стеарата лития и 10% полимочевины. Что касается толщины сма-
ючного слоя, то с его увеличением противоизносные свойства смазок
ухудшаются. Одно из объяснений заключается в том, что в образовании
грибохимических пленок принимает участие кислород воздуха, а через
толстый слой смазки ему труднее пробиться к поверхности трения.
Вообще надо заметить, что противоизносные и противозадирные
свойства всех смазок достаточно высоки для большинства узлов тре-
ния, не предъявляющих каких-либо особых требований. Необходимо
Рис. 105. Нагрузочные кривые масла
И-20А (1) и смазок на его основе:
литиевой (2) и полимочевинной (3)
лишь следить за наличием смазки
в узле трения и ее нормальным
состоянием. Практика показыва-
ет, что важна и степень набивки
смазкой узла трения. Количество
смазки не должно быть слишком
большим. Имеется зависимость
износа пары трения от количества
заправленной в узел смазки. Чем
больше смазки в узле трения, тем
выше износ (рис. 106). Это объяс-
няется тем, что при высокой сте-
пени набивки транспорт свежей
смазки на трущиеся поверхности
вместо разрушенной затруднен
ЗН
Рис. 106. Зависимость износа узла
трения от степени набивки смазки:
1 — индустриальное масло; 2 — смазка
на его основе
(см. выше о механической ста
бильности смазок). Если шч
особых рекомендаций, то узел
трения обычно заполняют смаз-
кой на I/З объема. Для тяжело-
нагруженных механизмов необ-
ходимо выбирать соответствую-
щую смазку. В этих случаях,
например, не годятся смазки пн
полисилоксанах и рекомендуют-
ся кальциевые смазки. Высокие
противозадирные свойства тре-
буются от смазок, используемых
в редукторах и приводах, где высока доля трения скольжения при вы-
соких нагрузках. Для улучшения противозадирных свойств смазок и
них добавляют присадки: серу, хлорпарафины, соли кальция. Боль-
шую пользу оказывают антифрикционные добавки типа дисульфида
молибдена и графита.
Антикоррозионные свойства — способность смазок не вызывать кор-
розии при контакте с металлами. Ими обладают все стандартные смаз-
ки, но в процессе работы в них могут накапливаться коррозионно-
агрессивные вещества — продукты окисления и разложения коми»
нентов смазки. Антикоррозионные свойства смазок могут ухудшаться в
процессе длительного хранения, поэтому их необходимо проверятi.
Для этого чистые отполированные металлические (медные, стальные!
пластинки погружают в испытуемую смазку и выдерживают при
70—Ю0°С втечение 3—5 часов. Затем пластинки рассматривают и отмг
чают изменение их внешнего вида. Из конструкционно важных мате
риалов наиболее подвержена коррозии медь, поэтому обычно провер
ку проводят на медных пластинках. При необходимости берут и другие
металлы, используемые в узле трения.
Защитные (консервационные) свойства — это способность смазок
предохранять детали от вредного воздействия внешней среды: ржавле
ния, поражения агрессивными агентами и т. д. Смазки лучше, чем мае
ла, удерживаются на поверхности металлов и образуют более прочный
слой. Поэтому защитные свойства смазок выше, чем у масел, на осно
ве которых они изготовлены. Достаточно высокими защитными свой
ствами обладает большинство смазок, кроме загущенных водорастно
римыми натриеьыми мылами и неорганическими соединениями. При
необходимости используют специальные консервационные смазки,
загущенные углеводородами.
Совместимость. В процессе работы пластичная смазка, заправлен-
ная в узел трения, срабатывается: упрочняется, вытекает, вымывается
312
водой и т. д. При пересмазывании старую смазку удаляют не полностью
Или даже не удаляют вовсе. Новая, добавляемая в узел смазка, может
относиться к другому типу. Таким образом, в узле трения может проис-
ходить смешение смазок разной природы. Смазки могут смешиваться
прут с другом и в других условиях. При смешении физико-химические
и реологические характеристики смазок часто ухудшаются. Это объяс-
няется тем, что смазка представляет собой сбалансированную колло-
идно-химическую структуру и любые добавки поверхностно-активных
веществ могут ее разрушить. Совместимость смазок можно проверить,
смешав в лабораторной мешалке заданные количества смазок и срав-
нив характеристики смеси с характеристиками исходных компонентов.
Особый интерес представляют реологические свойства: температура
каплепадения, коллоидная стабильность, предел прочности при сдви-
ге, вязкость, пенетрация.
Замечено, что хуже всего совмещаются между собой смазки с по-
лярными загустителями — мылами. Например, практически не совме-
щаются ни с какими типами смазок А-А1-смазки, плохой совмести-
мостью характеризуются смазки на Na и Са-мылах. Зато А-Ва-смазки
совмещаются со всеми смазками других типов. Отличной совмести-
мостью характеризуются смазки, загущенные полимочевинами и угле-
водородные смазки.
Стандартизированные показатели качества смазок. Как и для всех
горючесмазочных материалов, стандарты определяют набор показате-
лей качества, обязательных для проверки при производстве и входном
контроле смазки. Этот набор показателей тоже в свою очередь стандар-
тизирован. ГОСТ 4. 23083 прямо указывает, какие показатели и для ка-
ких смазок необходимо проверять. В табл. LV приведены извлечения из
этого стандарта, касающиеся смазок наиболее часто употребляемых
типов. Стандарт не относится к полужидким смазкам, пастам, смазкам
на немыльных загустителях и смазкам с твердыми добавками. При раз-
работке новых смазок их дополнительно испытывают по комплексу
методов квалификационной оценки (табл. LVI).
4.5.3.	Состав пластичных смазок
В общем случае в состав пластичных смазок входят компоненты
трех основных типов:
—	дисперсионная среда: нефтяное масло и синтетическая жидкость;
-	загуститель (дисперсная фаза), создающий каркас в дисперсион-
ной среде (структуру);
—	добавки: присадки и наполнители, позволяющие модифициро-
вать те или иные свойства смазок. Деление добавок на присадки и на-
полнители условно и не имеет четких различий.
313
Таблица 30
Тип дисперсионной среды	Достоинства	Недостатки
Нефтяные масла Полиолефины Крсмнийоргани- ческие жидкости Сложноэфирные масла Полиалкиленгликоли (простые полиэфиры, полиоксиалкилен- гликоли) Полифениловые эфиры П ол ифтор- (хлор-) углеводороды	Сравнительно невысокая стоимость. Хорошая сырьевая база. Удовлетворительная биоразлагаемость. Удовлетво- рительные противоизносные свойства. Хорошая приемистость к загустителям и присадкам Высокая термостабильность. Хорошая приемистость к загустителям и присадкам Высокая термостабильность. Отличная вязкостно- температурная характеристика. Низкая испаряемость и способность работать в вакууме. Отличные низкотемпературные свойства. Устойчивость ко многим агрессивным средам Хорошие смазывающие способности. Хорошая термостабильность Низкие испаряемость, огнеопасность. Хорошие низкотемпературные свойства Исключительно высокие термическая, химическая и радиационная стабильность. Хорошие низкотемпературные свойства и индекс вязкости Исключительная стойкость к агрессивным средам. Высокие термостабильность и огнестойкость. Хорошие смазывающие и антикор- розионные свойства	Низкая термостабильность. Плохая вязкостно- температурная характеристика Высокая вязкость Плохие смазывающие свой- ства. Высокая стоимость. Плохая приемистость ко многим загустителям и при- садкам. Разрушение под действием кислот Плохая водостойкость. Высокая коррозионная активность продуктов гидролиза. Плохая совместимость с резинами Плохая водостойкость. Высокая коррозионная активность продуктов гидролиза. Плохая совместимость с резинами Высокая стоимость. Сравнительно сложная технология получения Высокая стоимость. Ограниченная сырьевая база. Плохие низкотемпе- ратурные свойства и вязкостно-температурная характеристика. Повышенная испаряемость
Дисперсионная среда. Это основа пластичных смазок. Ее доля в смаз-
ке может достигать 95%, а в полужидких смазках — и того больше.
В качестве дисперсионной среды обычно используются нефтяные и
синтетические смазочные масла, не содержащие присадок. В табл. 30
314
приводится обобщенная характеристика различных сред применитель-
но к пластичным смазкам.
Более подробная характеристика синтетических жидкостей содер-
жится в разделе 4.4.3. Помимо жидкостей, описанных выше, при полу-
чении специальных смазок используются полифениловые эфиры и по-
ли галогенуглеводородн ые жидкости.
Полифениловые эфиры (ПФЭ) получают реакцией соответствую-
щих арилгалогенидов с фенолятами щелочных металлов. Обычно
молекула ПФЭ, используемого в качестве дисперсионной среды для
смазок, представляет собой цепочку из четырех — шести фенильных
колец, соединенных кислородными мостиками. Довольно сложный и
неудобный в техническом отношении синтез делает ПФЭ дорогим и
дефицитным продуктом. Применение ПФЭ оправдано для получения
смазок, работающих в экстремальных условиях. При этом необходимо
подбирать и загустители, по стабильности и химической стойкости со-
ответствующие дисперсионным средам. Использование мыльных
загустителей в данном случае сводит все преимущества ПФЭ на нет.
Полифтор- (хлор-) углеводородные жидкости. Эти продукты исполь-
зуются для получения смазок, работающих в очень агрессивных средах:
в контакте с жидким кислородом, кислотами, галогенами, пероксидом
водорода и другими химическими агентами. Для таких смазок подби-
раются и соответствующие загустители, обычно инертные полимеры,
например политетрафторэтилен. Для смазок иного назначения приме-
нение жидкостей этого типа неоправданно с технической и экономи-
ческой точек зрения.
Загустители — вещества, способные превратить масло в гель путем
создания в нем прочной структуры (каркаса). Несмотря на то что кон-
центрация загустителя в смазках невелика и редко превышает 20%
(обычно 8—15%), это главный компонент смазок, обеспечивающий их
свойства. Раньше считалось, что загуститель необходим только лишь в
качестве «носителя» смазочного масла, которое на поверхности трения
выдавливается из структурного каркаса и обеспечивает свое обычное
смазывающее действие. Со временем было установлено, что загусти-
тель играет более важную роль, участвуя в трибохимических реакциях
и во многом определяя противоизносные и противозадирные свойства
смазок. Некоторые загустители, например полимочевины, могут при-
давать смазкам антиокислительные и другие свойства, выступая в каче-
стве своеобразных присадок.
Наиболее распространенный тип загустителей — мыла карбоновых
кислот. Очень важен металл, представляющий катион мыла: использу-
ют натрий, кальций, литий, реже — алюминий, свинец и другие метал-
лы. Размер катиона влияет на загущающую способность мыл: чем он
меньше, тем полярней молекула мыла и прочнее межмолекулярные
315
связи. Такие мыла тверже, а структура смазки получается более проч
ной при меньшем расходе загустителя. Однако высокая полярность ш
густителей снижает водостойкость смазок, изготовленных на их осин
ве. В принципе гигроскопичны все мыла, но с увеличением валентшх
ти металла гифоскопичность мыл уменьшается. По способности mi.ii
поглощать воду металлы могут быть расположены следующим образом
Na > К > Li > Са > А1 = РЬ.
В качестве кислотного компонента при получении мыл используки
жирные кислоты с числом атомов углерода в молекуле от 10 до 20. 11о
лезным является наличие функциональной группы в углеводородном
радикале кислоты, что улучшает структуру смазки за счет более актин
ного взаимодействия молекул загустителя. Например, 12-оксистеарп
новая кислота, получаемая омылением касторового масла (масла к/ir
щевины), обеспечивает отличные загущающие свойства литиепош
мыла и прочную структуру смазки Литол-24. В так называемых комп
лексных смазках сочетаются мыла длинноцепочечной и коротко!!
(уксусной) кислот. Установлено, что такие мыла образуют между cofioii
комплекс, характеризующийся повышенной загущающей способ
ностью.
Мыльные загустители сравнительно дешевы, эффективны и харак
теризуются хорошей сырьевой базой. Их загущающая способное и.
обеспечивается активным межмолекулярным взаимодействием поляр
ных молекул. Однако у них много недостатков. Главный из них являю
ся следствием высокой полярности мыл. Смазки на мылах мап-
водостойки, легко окисляются,
Кальциевые (Са)мыла используют для приготовления наиболее Д1
шевых и массовых смазок — солидолов. Главным преимуществом эн
мыл является низкая стоимость. Солидолы характеризуются невыс<
кой механической стабильностью и низкой температурой каплепад,
ния (около 100°С). Они могут использоваться только в не очень ответ
ственных узлах трения в узком диапазоне температур (от минус 30
65°С), при невысоких нагрузках и скоростях. Солидолы относятся к
тн
называемым гидратированным Са-смазкам: в их составе присутству
2—4% воды в качестве стабилизатора структуры. Наличие воды в сол
долах не особенно идет им на пользу. Поэтому существуют безводны
разновидности Са-смазок, в которых в качестве стабилизатора струпу
ры вместо воды используют различные ПАВ, например жирные кисло
ты или спирты. Безводные Са-смазки по сравнению с солидолам
характеризуются более высокой стабильностью, водостойкостью и ра
ботоспособны до 120“С.
Комплексные кальциевые (A-Са) мыла позволяю! получать боле
прочные и термостабильные смазки. Их используют для получепн
термостойких смазок ЦИАТИМ-221 на кремнийорганической освою
316
и Униола-1 на основе нефтяного остаточного компонента. Однако
/. Са-смазки гигроскопичны и уплотняются при поглощении воды.
I ш роскопичность Л-Са-смазок может быть снижена подбором диспер-
понной среды. Например, смазка ЦИАТИМ-221 довольно водостой-
ка, но все же упрочняется при поглощении влаги из воздуха.
Натриевые (Na) мыла характеризуются лучшей загущающей способ-
ностью, чем кальциевые, благодаря меньшему размеру катиона натрия.
11о термостойкости смазки, изготовленные на Na-мылах, превосходят
1 а-смазки, но характеризуются худшей водостойкостью. По другим
 иойствам Na-смазки аналогичны Са-смазкам, изготовленным на тех
+.е дисперсионных средах. Наиболее известной Na-смазкой является
юнсталин, работоспособный до 110°С.
Литиевые (Li) мыла используются для получения современных мно-
юфункциональных смазок: Литола-24, фиолов различных марок. Li-
мыла хороши для изготовления низкотемпературных смазок.
Алюминиевые (А1) мыла придают смазкам повышенную водостой-
кость и используются для приготовления морских смазок типа АМС.
Al-смазки характеризуются хорошей адгезией к металлам, но низкими
рабочими температурами (до 75°С).
Комплексные алюминиевые (A-AI) мыла позволяют получать смазки,
аналогичные Al-смазкам, но с повышенной термической стабиль-
ностью, позволяющей им работать до 150°С.
Смешанные алюмо-бариевые (Al-Ва) мыла также обеспечивают хоро-
шие водостойкость, консервационные и адгезионные свойства смазок,
тготавливаемых на их основе. А1-Ва-смазки используются в качестве
морских. Л-Ва-смазка ШРБ-4 закладывается как несменяемая в шар-
ниры рулевой подвески легковых автомобилей.
Немыльные загустители представлены неорганическими вещества-
ми, преимущественно глинами и сажей и органическими соединения-
ми — полимочевинами. Их загущающая способность обеспечивается
развитой поверхностью (сажа, глины) или размером молекул, содержа-
щих полярные функциональные группы (полимочевины). Примене-
ние немыльных загустителей часто ограничивается их высокой стои-
мостью по сравнению с мылами карбоновых кислот.
Силикагель, диоксид кремния (SiO2) используют для получения
смазок с повышенными термостойкостью и химической стабиль-
ностью. В качестве загустителя пригоден высокодисперсный силика-
гель. Его получают высокотемпературным гидролизом тетрахлорида
кремния (такой силикагель называют аэросилом) или методом осажде-
ния при действии серной кислоты на силикат натрия. Так как силика-
гель имеет малое сродство к углеводородам, для загущения нефтяных
цисперсионных сред его олеофилизируют, например обрабатывают бу-
тиловым спиртом, аминами и другими поверхностно-активными ве-
317
шествами. Лучше всего загущать силикагелем кремнийорганические
жидкости. Si-смазки характеризуются достаточно хорошими смазыва-
ющими свойствами. Однако при их разрушении в узле трения образу-
ется абразив — диоксид кремния, способный вызвать сильный износ
трущихся поверхностей. В качестве примера Si-смазки можно назвать
химически стойкую смазку ВНИИНП-279, представляющую собой
синтетическое углеводородное масло, загущенное свежеосажденным
(и вследствие этого обладающим очень развитой поверхностью) сили-
кагелем.
Бентонит (Вн) — глинистый минерал, который довольно легко оле-
офилизируется обработкой аминами, четвертичными аммониевыми
солями, полимерами и другими реагентами. Кроме непосредственно
бентонитовых глин при производстве смазок используют глины других
типов, например каолинит или вермикулит. Однако все смазки, загу-
щенные глинами, называют бентонитовыми (Bn-смазками). Примене-
ние глин расширяет сырьевые ресурсы смазок и позволяет вырабаты-
вать смазки, работоспособные до 150°С. Иногда глины сочетают с
мылами, получая смешанные загустители с улучшенными свойствами.
Сажа — наиболее доступный и дешевый загуститель для термостой-
ких смазок. Она представляет собой аморфный технический углерод с
содержанием непосредственно углерода не менее 90%, водорода —
0,3—0,8% и хемосорбированного кислорода — до 10%. Сажа одинаково
хорошо загущает дисперсионные среды различных типов. При пра-
вильном подборе дисперсионной среды сажевые смазки работоспособ-
ны до 250°С, но имеют тенденцию упрочняться при длительном
действии высоких (более 200°С) температур.
Графит — кристаллический углерод, встречающийся в природе или
получаемый синтезом. Тонкоизмельченный в присутствии органичес-
ких растворителей графит характеризуется неплохой загущающей спо-
собностью. Используют также «расширенный» графит. Его приготав-
ливают, пропитывая графит растворами реагентов типа концентриро-
ванных серной или азотной кислот, хлоридов железа или хрома, а затем
быстро нагревая до 1000°С. Под действием теплового удара кристалли-
ческая решетка взрывообразно расширяется более, чем в десять раз.
Графит позволяет получать термостойкие смазки с отличными анти-
фрикционными свойствами. Он также используется в качестве добав-
ки к смазкам различных типов.
Полимочевины (Пм) представляют собой продукты взаимодействия
полиизоцианатов с аминами. Высокая термическая, химическая и ме-
ханическая устойчивость полимочевин позволяет получать смазки,
работоспособные в широком интервале температур, давлений и ско
ростей, а также в контакте с водяным паром и агрессивными средами.
Верхний предел работоспособности обычных Пм-смазок ограничива-
318
ется 200°С, но удачным подбором дисперсионной среды его можно до-
вести до 300°С. Пм-смазки дешевле аналогичных смазок на немыльных
загустителях, но пока в России вырабатываются в опытно-промыш-
ленном масштабе.
Пигменты (Pg) — тонкодисперсные красители, используют при про-
изводстве термостойких и химически стойких смазок. Они также при-
дают смазкам отличные противоизносные и противозадирные свой-
ства. Наибольшее распространение из пигментов получили фталоциа-
нины и их аналоги. Из Pg-смазок наиболее известна смазка № 158,
загущенная фталоцианином меди.
Твердые углеводороды: парафин, церезин, петролатум, природные
воски — используются в основном для приготовления консервацион-
ных смазок.
Парафин при производстве смазок широкого применения не на-
ходит. Этому препятствуют его низкая температура плавления и хруп-
кость при отрицательных температурах. Высокоочищенный парафин
пищевой квалификации используется для выработки смазок, контак-
тирующих с пищевыми продуктами.
Петролатумы — смеси высокоплавких парафиновых, изопарафи-
новых, нафтеновых и ароматических углеводородов с небольшим ко-
личеством (20—25%) остаточных масел — используются при производ-
стве консервационных и канатных смазок. Из петролатума получают
также нефтяной церезин.
Церезин — продукт обезмасливания петролатума. Посравнениюс
парафинами соответствующей молекулярной массы церезины характе-
ризуются лучшей загущающей способностью, адгезией, механической
прочностью и эластичностью. Это увеличивает ценность церезина как
загустителя. Поэтому при производстве углеводородных смазок он
находит наибольшее применение.
В качестве загустителей используются и другие продукты, например
твердые полиолефины, политетрафторэтилен, аммелин и пр. Мы их не
рассматриваем.
Присадки. Эксплуатационные свойства смазок, так же как топлив и
масел, могут быть улучшены присадками. В качестве присадок к смаз-
кам обычно используют те же соединения, что и в присадках к маслам.
Однако условия для работы присадок в смазках хуже, поскольку их
подвижность затруднена высокой вязкостью среды. Поэтому присадки
используются сравнительно нечасто и в концентрации, достигающей
нескольких процентов. Введение присадок часто изменяет реологичес-
кие и другие свойства смазок и не всегда в лучшую сторону. Это объяс-
няется тем, что присадки, как активные в физико-химическом отноше-
нии соединения (иначе они не могли бы выполнять свою роль), воз-
действуют на процесс формирования структуры смазок. Поэтому реко-
319
мендуется присадки вводить на последних стадиях производства сма-
зок — при охлаждении и гомогенизации.
Антиоксиданты особенно часто применяют в мыльных смазках, ха-
рактеризующихся сравнительно низкой окислительной стабиль-
ностью. Уже упоминалось, что все мыла являются катализаторами
окисления углеводородов. Наиболее широко используются аромати-
ческие амины (дифениламин, фенил-р-нафтиламин — Неозон-Д и
пр.), несколько меньше — фенолы (например, 4,4’-метилен-бис-2,6-
ди-треот-бутилфенол, известный как Н Г-2246). Могут использоваться
и другие соединения. Концентрация антиоксидантов в смазках обычно
составляет 0,5—1,5%.
Противоизносные и противозадирные присадки вводят в смазки, ра-
ботающие при высоких нагрузках и скоростях. Наиболее часто приме-
няют соединения, активно взаимодействующие с поверхностью н
режиме граничного трения: диалкилдитиофосфаты металлов (ДФ-Н,
Фосан), хлорпарафины, органические дисульфиды. Иногда в смазку
добавляют соли таких металлов, как свинец, медь, и получают метал-
лоплакирующие смазки. Действие таких присадок заключается в выса-
живании металла на трущихся поверхностях с образованием слоя с по-
ниженным сопротивлением сдвигу. Металлоплакирующие присадки
не только уменьшают износ, но и служат модификаторами трения, то
есть уменьшают коэффициент трения. Роль модификаторов трения
могут выполнять и некоторые твердые смазочные материалы, напри-
мер графит, дисульфид молибдена, политетрафторэтилен. О них -
ниже, в разделе, где рассматриваются наполнители. Рабочие концент-
рации противоизносных и противозадирных присадок обычно состав-
ляют 0,5—2,0%.
Антикоррозионные и защитные присадки защищают поверхность сп
коррозии, вызванной действием либо коррозионно-активных компо-
нентов смазки, либо внешней агрессивной среды. Особенно они нуж-
ны в консервационных смазках. В качестве присадок этого типа
используют окисленные петролатум и церезин, сукцинимиды, произ-
водные бензотриазола, другие ПАВ. Их концентрация в смазках сос-
тавляет 1—5%.
Маслорастворимые полимерные добавки позволяют улучшить вязко-
стные, адгезионные и некоторые другие свойства смазок. К присадкам
этого типа относятся поли изобутилен, полиакрилаты, канифоль,
винипол и пр.).
Наполнители отличаются от присадок тем, что являются инертными
добавками к дисперсионной среде и не участвуют в формировании
структуры смазки. Деление добавок на присадки и наполнители следу-
ет признать условным, так как те и другие, хотя и в разной степени, но
влияют на коллоидно-химическое состояние смазки. Обычно напол-
320
кители вводят в смазки с целью снижения коэффициента трения.
Наиболее часто используются дисульфид молибдена, графит, тальк,
слюда, политетрафторэтилен, оксиды металлов. Концентрация напол-
нителей составляет 1—5%, но иногда может достигать 15—30%.
Как указывалось выше, пластичные смазки представляют собой
сложную композицию дисперсионной среды, загустителя и присадок.
Поэтому их полная характеристика не может основываться на свой-
ствах только загустителей или дисперсионных сред, как бы важна эта
роль ни была. Поэтому в качестве примера в табл. 31 приведены харак-
теристики некоторых типичных смазок различного состава.
1	4.5.4. Технология пластичных смазок
Процесс производства пластичных смазок — это процесс получения
высокостабильных гелей с заданными свойствами. Поэтому техноло-
гия смазок гораздо сложнее, чем топлив или масел. Даже на предприя-
тиях с большим производственным опытом процент неудачных варок
долгое время был очень высок, и это считалось в порядке вещей. Толь-
ко фундаментальные работы советского профессора Г. В. Виноградова
показали, что при соблюдении особых условий смазки, как и другие
объекты, могут иметь хорошо воспроизводимые характеристики.
При производстве смазок для получения необходимой структуры
следует тщательно выдерживать технологические режимы: порядок,
температуру и продолжительность смешения компонентов, охлаждение
и гомогенизацию смеси, введение присадок и наполнителей. Для полу-
чения смазок могут использоваться готовые загустители. Такие загусти-
тели, как мыла и полимочевины, могут также приготавливаться in situ,
то есть в процессе приготовления самой смазки путем смешения реа-
гентов в дисперсионной среде. Приготовление смазок различных типов
имеет свои особенности. Мы рассмотрим общие основные вопросы.
Приготовление смазок из готовых загустителей заключается в ин-
тенсивном механическом диспергировании загустителя в масле. Для
углеводородных и некоторых мыльных смазок бывает достаточно прос-
того перемешивания при нагревании. Такие загустители, как глины,
аэросил, требуют более активного воздействия, к которому относятся
циркуляция смеси по контуру, промежуточная гомогенизация.
Приготовление загустителя in situ происходит в процессе смешения
реагентов в дисперсионной среде или ее части. Например, для приго-
товления мыла в реактор загружают дисперсионную среду, жиры и вод-
ный раствор (или суспензию) гидроксида металла. Смесь нагревают до
200 и более градусов и перемешивают в течение заданного времени
(10—40 мин). В реакторе происходит омыление жира с образованием
мыла и глицерина. Глицерин остается в смазке, а избыток воды выпа-
>1 - 449
321
Таблица 31
Примеры смазок различных типов
Смазка	Состав	Назначение и условия работы
Солидол	Нефтяное масло, загущенное кальциевым мылом СЖК	Узлы трения, работающие в легких эксплуатационных условиях от -30 до 60°С
1-13	Не<])тяное масло, загущенное натрий-кальциевым мылом кислот касторового масла	Подшипники качения электромоторов, ступиц колес автомобилей и т. д., работающие от -20 до 110°С
Л итол-24	Нефтяное масло, загущенное литиевым мылом 12-окси- стеариповой кислоты. Содержит антиокислитель- ную и вязкостную присадки	Все виды подшипников качения и скольжения, другие узлы трения, работающие в контакте с водой при температуре от-40 до 130°С
Ц ИДТИ М-221	Кремнийор паническая жидкость, зачтенная А-Са- мылом. Содержит антиокислительную присадку	Подшипники качения с частотой вращения до 10000 мин-1. Узлы трения, работающие в вакууме, сопряженные поверхности металл-гермстик. Температурный интервал применения — от -60 до 150”С
Униол-1	Нефтяное остаточное масло, загущенное к-Са-мылом. Содержит антиокислитель- ную и противоизносную присадки	Узлы трения промышленного оборудования, работающие при температуре от -40 до 160°С
Аэрол	Нефтяное остаточное масло, загущенное аэросилом. Содержит дисульфид молибдена	Подшипники тяговых цепей транспортеров в сушильных камерах и другого оборудования, работающего при повышенных температурах (от —15 до 160°С) и нагрузках
Политерм-	Нефтяное масло, загущенное	Подшипники качения различного
термостойкая	полимочевиной	оборудования, работающего при температуре от —20 до 250°С в контакте с водяным паром
BTB-I	Нефтяное масло, загущенное церезином и парафином. Содержит антикоррозионную и адгезионную присадки	Консервация металлических изделий и наружных поверхностей механизмов. Защита клемм аккумуляторов от коррозии и окисления. Работоспособна при температуре от -40 до 45°С
Бензиноупорная	Окисленное касторовое масло, загущенное цинковым мылом касторового масла	Герметизация пробковых кранов и резь- бовых соединений топливных и масля- ных систем двигателей. Работоспособна при температуре ог —10 до 40°С
ривается. Для этого используются специальные выпарные аппараты.
Полностью воду из смазки удалить нельзя, и поэтому часть ее (до нес-
кольких процентов на смазку) остается. Иногда это оказывается полез-
ным. Например, вода в гидратированных кальциевых смазках служит
322
стабилизатором их структуры. Другим примером приготовления загус-
тителя in situ может служить получение полимочевины. Для этого в
дисперсионной среде последовательно смешивают амины и изоциана-
ты, наблюдая в процессе реакции между ними интенсивное загущение
смеси с выделением тепла. Завершается стадия диспергирования загус-
тителя образованием гомогенного расплава или тонкой суспензии.
Охлаждение — ответственная стадия, на которой начинается обра-
зование структуры смазки. Оно начинается в реакторе и продолжается
в специальных скребковых холодильниках. Существуют другие спосо-
бы охлаждения, например в тонком слое на вращающихся барабанах. В
конце процесса охлаждения в смазку вводят большинство присадок и
наполнителей.
Гомогенизация смазки завершает образование ее структуры. Она
заключается в интенсивном механическом воздействии на гель. Прос-
тейшим гомогенизатором являются трехвальцовые краскотерки, в ко-
торых через зазоры между вращающимися вальцами пропускается
смазка. Более эффективны клапанные и роторно-щелевые гомогениза-
торы, в которых смазка пропускается с большой скоростью под давле-
нием через малые регулируемые зазоры. Существуют гомогенизаторы и
других типов.
Деаэрация — стадия, которой иногда пренебрегают. Однако удале-
ние воздуха из готовой смазки улучшает ее структуру и внешний вид.
Фильтрация исходных компонентов и готовых смазок также необ-
ходима для получения качественного продукта с хорошими антифрик-
ционными характеристиками. Фильтрация смазок — процесс доста-
точно трудный. Для этого смазки пропускают через металлические
сетки, патронно-щелевые фильтры или фильтры других, более слож-
ных конструкций.
4.6.	Твердые смазывающие материалы
Твердые смазывающие материалы — это вещества с высокими ан-
тифрикционными характеристиками, которые используются с целью
уменьшения трения между деталями. Они могут вводиться всмазочные
масла, пластичные смазки или использоваться самостоятельно, будучи
нанесены на поверхность в виде покрытий. Сами по себе твердые сма-
зочные покрытия (ТСП) применяются редко — только там, где исполь-
зование масел и смазок невозможно. К таким случаям относятся рабо-
та в агрессивной среде, глубоком вакууме, при высоких нагрузках и ма-
лых скоростях (где гидродинамический режим, смазки исключен), на
деталях, которые нельзя загрязнять смазкой в процессе эксплуатации,
например, высокоточных механических приборов.
21*
323
Графит — один из самых старых смазывающих материалов, исполь-
зующихся в технике. Он характеризуются высокой термической, хими-
ческой и радиационной стабильностью. Твердость графита по шкале
Мооса составляет 1—2. Высокие смазывающие свойства графита объяс-
няются строением и взаимным расположением его кристаллов, кото-
рые образуют слои, легко сдвигающиеся друг относительно друга. Лег-
кость сдвига обусловливает низкое значение коэффициента трения в
графите. Но только этого недостаточно. Было замечено, что в вакууме
графит утрачивает смазывающие свойства. Оказалось, что на поверх-
ности кристаллов в обычных условиях сорбируется влага, образующая
слои со слабой когезией. Таким образом, для успешной работы графи-
та необходима влажная среда. Графит обладает высоко развитой удель-
ной поверхностью, поэтому хорошо смешивается с дисперсионной
средой. Выпускают специальные «расширенные» сорта графита с вы-
сокой загущающей способностью. Такой графит может быть самостоя-
тельным загустителем пластичных смазок.
Шкала Мооса была разработана для оценки твердости различных минера-
лов, но может использоваться в любых случаях, хотя и материаловедении, на-
пример, больше распространена шкала Бринелля. Все материалы но шкале
Мооса расположены от I (тальк) до 10 (алмаз). Твердость лучших инструмен-
тальных сталей по этой шкале может достигать 9. Этологарифмичсская шкала:
ближайшие по шкале соседи по твердости различаются в 10 раз — то есть алмаз
в 10 раз тверже инструментальной стали.
Дисульфид молибдена, MoS2, как и графит, имеет слоистую структу-
ру и аналогичен ему по механизму смазывающего действия. Твердость
MoS2 по шкале Мооса 1 — 1,5. Он также химически и радиационно ус-
тойчив и сохраняет свои смазывающие свойства до 800°С в отсутствие
воздуха или кислорода. Его достоинством является способность рабо-
тать в глубоком вакууме. В отличие от графита, коэффициент трения
MoS2 в присутствии воды увеличивается. Увеличивается также и износ
деталей, который объясняют образованием серной кислоты при гидро-
лизе с дальнейшим окислением. Вообще MoS2 на поверхности легко
сорбирует кислород воздуха и окисляется. При этом его смазывающие
свойства и адгезия к поверхности металла ухудшаются. В масла и плас-
тичные смазки он вводится в концентрации обычно до 10%.
Поли тетрафторэтилен (ПТФ) известен также под названием тефлон
(США) или фторопласт-4 (Россия). Это один из фторопластов, полу-
чивший в технике почти исключительное применение. ПТФ имее!
очень низкий коэффициент трения (0,04) и сохраняет фрикционные
характеристики до 300°С. Большим достоинством ПТФ является его
исключительная химическая инертность. Как и все органические по-
лимеры он характеризуется плохой теплопроводностью и имеет высо-
. 324
кий коэффициент термического расширения, что следует учитывать
при конструировании узла трения.
Способы нанесения ТСМ на поверхности различны. Иногда доста-
точно его порошком как следует натереть сухую обезжиренную повер-
хность. Так можно поступать с дисульфидом молибдена. Чем интен-
сивнее натирание, тем лучше адгезия ТСМ к поверхности. Однако
наиболее часто используемым методом является нанесение ТСМ из
суспензии. В качестве жидкости-носителя используют легкие нефтя-
ные масла и другие органические жидкости, которые после нанесения
покрытия должны испариться, оставляя после себя тонкую равномер-
ную пленку материала. Концентрация ТСМ в суспензии зависит от его
природы. Например, тонкодисперсный графит легко образует ста-
бильные суспензии в масле в концентрации до 10%. MoS2 образует
суспензии с большим трудом, иногда в композицию приходится вво-
дить стабилизаторы.
В некоторых случаях ТСМ используют в виде паст, содержащих
20—70% смазывающего вещества и 30-80% дисперсионной среды.
4.7.	Смазочно-охлаждающие
технологические среды
Этот вид смазочных материалов не имеет непосредственного отно-
шения к двигателям, поэтому мы рассмотрим лишь общие представле-
ния о нем. СОТС предназначены для использования в технологических
процессах обработки металлов. Другое их название, которое раньше
широко применялось — смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Су-
ществует две группы процессов обработки металлов. К первым отно-
сятся такие, в которых металл изменяет форму и массу. Это процессы
резания, строгания, шлифования и т. д. Процессы второй группы не
затрагивают массу металлов, изменяя их форму. Это прессование, во-
лочение проволоки, прокатка, любая другая обработка давлением.
Каждая группа процессов характеризуется своими особенностями и
предъявляет к смазочному материалу свои особые требования, которые
сведены нами втабл. 32.
СОТС изготавливают на масляной и водной основах. В простей-
ших случаях они представляют собой маловязкие индустриальные
масла, например, в процессах волочения с небольшой скоростью, в
которых обеспечивается гидродинамический режим смазки. Обычно
все же в масляные СОТС добавляют противоизносные и противоза-
дирные присадки на основе соединений серы, фосфора и хлора.
СОТС для процессов, в которых возможно налипание металла на
инструмент (штамповка, прокатка), содержат полярные соединения с
325
Таблица 32
Процессы обработки и требования к СОТС
Процесс	Особенности процесса	Требования к СОТС
Резание	Высокие удельные нагрузки и температуры в точках контакта инструмента с деталью (до 5000 МПа и 1000°С). Возможность локального сваривания инструмента с деталью	Отл ич ные охлажда юшие свойства. Высокая противоза- дирная и противоизносная эффективность. Способность уменьшать граничное трение в зоне контакта
Шлифование	Высокие температуры, усугубляющиеся плохой тепло- проводностью шлифовальных кругов. Опасность коробления поверхности из-за высокой температуры (особенно при хонинговании — высокоточном шлифовании). Засаливание кругов шлифовальной пылью	Отличные охлаждающие свойства. Высокая моюшая эффективность. Хорошие смазывающие свойства
Волочение	Высокие удельные нагрузки (до 3000 МПа). Износ фильер (волок). Изменение геометрических размеров детали из-за износа инструмента	Высокие антифрикционные и противоизносные свойства
Холодное	Нагрузки, превышающие предел	Отличная адгезия и высокие
выдавливание и	текучести металла (до 1000 МПа).	противоизносные свойства.
штампование	Налипание металла на инструмент	необходимые для создания прочного разделяющего слоя. Возможность легкого удаления СОТС с готовой детали
высокой поверхностной активностью: (спирты, жирные кислоты,
мыла металлов).
Водные СОТС обычно содержат небольшое количество нефтяных
масел и представляют собой эмульсии прямого типа, то есть типа «мас-
ло в воде». Внешней фазой у водных СОТС является вода, что опреде-
ляет их некоторые особые свойства, например хорошую смешивас
мость с новыми порциями воды и негорючесть. Благодаря высокой
теплоемкости воды такие СОТС характеризуются отличными охлажда-
ющими свойствами. Достоинством являются практическая безопас-
ность водных СОТС и их дешевизна. Поэтому они широко распростра
йены на металлорежущих производствах. Практически их используюi
повсюду, где только нет противопоказаний к применению воды. Вод-
ные СОТС изготавливают в виде концентрата, который на месте при-
менения разбавляется водой. Такой концентрат содержит все необхо-
димые присадки, включая эмульгирующие, обеспечивающие получе
ние стабильной эмульсии при разбавлении в условиях предприятия.
Способ применения СОТС очень прост. На резец токарного станка, па
326
шлифовальный круг и т. д. постоянно подается тонкая струйка СОТС.
Затем она отводится в коллектор, из которого забирается насосом и по-
дается обратно в бак. Системой смазки СОТС может быть оборудован
как отдельный станок, так и весь цех. В последнем случае по всему цеху
бегут мутные ручейки.
4.8.	Технические жидкости
4.8.1.	Охлаждающие жидкости
Простейшая охлаждающая жидкость — вода, забираемая ведром из
ближайшей лужи. Водители трехтонок и полуторок 1950-х годов так и
делали, как только вода в радиаторе начинала закипать. В стационар-
ных условиях воду все же очищали фильтрованием и умягчали, добав-
ляя соду и другие реагенты. Зимой для охлаждения использовали ан-
тифризы — смеси этиленгликоля с водой, не замерзающие до
-40...—60°С. Этиленгликолевые смеси и легли в основу современных
всесезонных охлаждающих жидкостей.
К современным охлаждающим жидкостям, на которые перекочева-
ло название антифризы, предъявляется ряд строгих требований. Они
не должны:
—	замерзать и кипеть во всем интервале рабочих температур двига-
теля;
—	вызывать коррозию металлов и сплавов;
—	разъедать резиновые шланги и герметики;
—	пениться в системе охлаждения;
—	образовывать накипь и шлам.
Жидкости также должны иметь высокие теплоемкость и
теплопроводность, но об этом условии не говорят, так как вода и без
того характеризуется высокой теплоемкостью, а антифризов на других
основах нет. В России в качестве всесезонных охлаждающих жидкостей
используется два состава: Тосол А-40 и Тосол А-65. Есть просто Тосол
А — это концентрат этиленгликоля с присадками. Его разбавляют
водой, чтобы получить антифриз с необходимыми характеристиками.
При разработке охлаждающие жидкости проходят испытания по
комплексу методов квалификационной оценки (табл. LVII).
4.8.2.	Гидравлические жидкости
Как известно из школьного курса физики, жидкости несжимаемы.
Поэтому давление на жидкость передается практически мгновенно по
всем направлениям. Это свойство жидкостей используется в устрой-
ствах передачи управляющего воздействия к отдельным механизмам
327
6
Рис. 107. Схема простейшего
гидравлического привода:
1 — масляный бак; 2 —
шестеренный насос; 3 — клапан-
предохранитель; 4 —
распределитель; 5 — силовой
цилиндр; 6 — поршень
двигателя — гидравлических системах. На отдельных транспортных
средствах число гидравлических систем достигает нескольких сотен.
Основными из них являются — тормозная система, приводы сцепле-
ния, гидроусилители рулей, амортизаторы и т. д. Схема простейшего
гидравлического привода представлена на рис. 107. Масло из бака I за
бирается насосом 2 и через предохранительный клапан 3 и распредели
тель 4 подается в цилиндр 5, где давит на поршень 6, заставляя его со
вергиать работу. Смазка трущейся пары поршень-гильза цилиндра
обеспечивается самой гидравлической жидкостью, заполняющей
цилиндр. В тяжелонагружеиных приводах смазка должна быть очень
эффективной, чтобы предотвратить задиры поверхностей. Основные
требования к гидравлическим жидкостям заключаются в хорошей про
качиваемости, достаточно высоких противоизносных и хороших нит
котемпературных свойствах. Оптимальный уровень масла определивi
ся, с одной стороны, требуемым уровнем противоизносных свойств
поэтому масло не должно быть слишком жидким, а с другой — нео(>
ходимостью обеспечить хорошую прокачиваемость. На перекачку
масла с повышенной вязкостью будет затрачиваться лишняя работа
Поскольку гидравлические масла часто работают при пониженных
температурах, они должны иметь низкую температуру застывания и
отличную вязкостно-температурную характеристику. В качестве гид
равлических жидкостей используют нефтяные и синтетические масла
Для неответственных узлов, работающих при невысоких нагрузках,
пригодны индустриальные масла с присадками или без них. Для дру
гих случаев разработаны специальные жидкости на нефтяной или
синтетической основе.
Примеры наиболее распространенных гидравлических жидкостей
приведены в табл. 33.
328
Таблица 33
Примеры гидравлических жидкостей
Наименование	Назначение	Основа	Присадки
ВМГЗ	Всесезонное масло для строител ьно-дорожи ых и других машин	Очищенное нефтяное масло	Загущающая Антиокисл ител ьная П ротивоизнос пая Противопенная
АМГ-10	Масло для систем дозвуковых самолетов	Маловязкое нефтяное масло	Антиоксидант Краситель
МГ-30	Летнее масло для строи- тельно-дорожных и подъемно-транспортных машин	Масло И-ЗОА	А|лт1оксидант Прогивопепная Депрессорная
АЖ-12Т	Масло для гидравличе- ских амортизаторов ав- томобилей	Трансформаторное масло	Этил I юл исилокса- новая жидкость
Частным, но очень важным случаем гидравлических жидкостей
являются тормозные жидкости. По вполне понятным причинам от
них требуется повышенная надежность. Особенности работы тормоз-
ных жидкостей заключаются в следующем. Во-первых, при трении
тормозных колодок развивается высокая температура и жидкости
нагреваются. При этом они не должны вскипать, поскольку пары лег-
ко сжимаются, и усилие, развиваемое при нажатии тормозной педа-
ли, по системе не передается. Во-вторых, тормозные жидкости долж-
ны совмещаться с уплотнителями тормозной системы, которые в ав-
томобилях делают из немаслостойкой резины. Раньше преимущест-
венно были распространены жидкости на основе касторового масла.
Так как оно имеет слишком высокую вязкость, его смешивают со
спиртами. При этом необходимо, чтобы в смесь не попало даже ма-
Примеры тормозных жидкостей
Таблица 34
Наименование	Состав	Основные характеристики
БСК	50% касторового масла; 50% бутанола; содержит оранжево-красный краситель	Температура кипения >115°С; вязкость при 50°С > 9 мм2/с; pH > 6
Нева	Этилкарбитол с загущающей и антикоррозионной присадками	Температура кипения >190°С; Вязкость при 50°С >5 мм2/с; pH = 7-11,5; токсична и огнеопасна
Роса	Композиция борсодержащих полиалкиленоксидов с анти- окислительной и антикорро- зионной присадками	Температура кипения >260°С; вязкость при 50°С >5 мм2/с; pH = 7-11,5
329
лейшее количество воды, иначе она расслоится. Примером жидкости
на основе смесей касторового масла со спиртами может быть жил
кость БСК.
Другой тип тормозных жидкостей представлен смесями гликолей и
этилкарбитола (моноэтилового эфира этиленгликоля). К ним, напри
мер, относится жидкость «Нева». Такие жидкости по сравнению со
спиртокасторовыми смесями характеризуются лучшими низкотемпс
ратурными свойствами (температура застывания ниже — 60°С), пони
женной температурой вспышки и низкой испаряемостью. Они хорошо
совмещаются с резинами. При использовании синтетических тормоз
ных жидкостей следует помнить, что они не совмещаются с жидкостя-
ми типа БСК. Характеристики некоторых жидкостей представлены и
табл. 34.
Требования, которым должны соответствовать разрабатываемые
тормозные жидкости, представлены втабл. LV1I1.
330
q	ТЕЗАУРУС
Адсорбция — процесс прилипания одного вещества к поверхности
другого. Физически она проявляется в повышении концентрации сор-
бируемого вещества на границе раздела фаз. Причиной адсорбции яв-
ляется наличие свободной энергии поверхности (СЭП) адсорбента, кото-
рая создает так называемое силовое поле адсорбции. Сама адсорбция
есть не что иное, как попытка уменьшить величину СЭП. Адсорбция
может осуществляться за счет сил Ван-дер-Ваальса, тогда это физичес-
кая, или просто адсорбция, а может и за счет образования химических
связей — хемосорбция. Часто в природе встречаются промежуточные
варианты. Адсорбцию сопровождают тепловые эффекты — это теплота
образования новых межмолекулярных связей.
Адсорбция в химмотологии играет очень важную роль. Она во мно-
гом определяет эффективность присадок, действие которых осущес-
твляется на поверхности: антикоррозионных, противоизносных, анти-
обледенительных и т. д. Например, чтобы противоизносная присадка,
содержащаяся в масле, могла выполнить свою роль, она должна сорби-
роваться на трущейся поверхности. Для этого ей надо преодолеть со-
противление среды — масла, высадиться и закрепиться на поверхнос-
ти. Сопротивление среды тем выше, чем выше ее вязкость. Кроме того,
следует учитывать, что между молекулами присадки и масла также име-
ются силы сцепления, которые тоже должны быть преодолены. Как и
всякий процесс, адсорбция протекает во времени и тем эффективней,
чем быстрее совершается. Скорость адсорбции зависит от величины
СЭП адсорбента (с повышением СЭП увеличивается), от сродства мо-
лекул присадки к молекулам среды, в которой та находится (чем выше
сродство, тем скорость адсорбции медленнее), от вязкости среды (чем
вязкость выше, тем медленнее). Параллельно с адсорбцией протекает
обратный процесс — десорбция. Обычно в системе устанавливается
равновесие адсорбция — десорбция, которое в благоприятных услови-
ях должно быть смещено в сторону адсорбции. Адсорбция — экзотер-
мический процесс, то есть протекает с выделением тепла. Из этого вы-
текают два следствия. Во-первых, измеряя теплоту адсорбции, можно
сравнивать между собой различные вещества по способности сорбиро-
ваться на данной поверхности. Во-вторых, можно сделать вывод, что в
соответствии с принципом Ле-Шателье с повышением температуры
равновесие процессов адсорбция — десорбция смещается в сторону де-
сорбции. Поэтому повышение температуры препятствует адсорбции.
Вязкость — свойство жидкости сопротивляться необратимому пе-
ремещению ее слоев друг относительно друга (при обратимом переме-
331
Рис. 108. К понятию вязкости.
Пояснения в тексте
шении мы имеем дело с упру-
гостью). Физический смысл
вязкости — интенсивность ра-
боты, затрачиваемой на переме-
щение слоев. Для объяснения
этого явления обычно предлага-
ют рассмотреть (рис. 108) дне
параллельные пластины А и Б,
каждая площадью 5, между ко-
торыми находится слой жид-
кости толщиной h. К пластине
Б приложим силу F, в результате
чего она начнет двигаться. При
движении пластина захватывает
слои жидкости, которые также двигаются вместе с нею. При этом слои,
примыкающие к пластине, движутся с той же скоростью, что и она са-
ма (v), а более удаленные — с меньшей скоростью. Чем выше вязкость
жидкости, тем быстрее убывает скорость по мере удаления от пластины.
Величина т = F/S называется касательным напряжением, а у = v/h-
скоростью деформации. Легко заметить, что чем больше касательное
напряжение, тем больше скорость деформации. Величина г] = т/у и яв-
ляется вязкостью. В таких жидкостях, как вода, топливо, легкие масла,
зависимость между касательным напряжением т и скоростью деформа-
ции у практически линейна, а г] не зависит от т. В этом случае говоря!,
что мы имеем дело с ньютоновскими жидкостями. В таких системах.
как пластичные смазки, расплавы полимеров и др., т и у связаны между
Рис. 109. Влияние скорости
деформации на динамическую
вязкость смазочного масла (1) и
пластичной смазки (2) на его основе
собой нелинейной зависимостью
(неньютоновские жидкости) и Г] за
висит от т. На рис. 109 в качестве
иллюстрации приводится влияние
скорости деформации на вязкое и.
масла (ньютоновская жидкость) и
смазки на ее основе (неньютонов-
ская жидкость).
Характер зависимости между т и
у определяется энергетическим
состоянием деформируемого веще-
ства. В ньютоновских жидкостях
вся энергия трения переходит и
тепло, которое рассеивается в окру
жаюшем пространстве, а сила, при
лапаемая к жидкости, расходуется
только на сдвиг. Если же часть
332
энергии не теряется в виде тепла, а запасается системой в виде, напри-
мер, упругих деформаций, то зависимость между т и улинейной быть не
может. Из этого вытекают два практически важных следствия. Во-пер-
вых, вязкость такой жидкости зависит от касательного напряжения, а
во-вторых, такая жидкость обладает «памятью», которая может проя-
вить себя в процессе релаксации.
Вязкость жидкости зависит от межмолекулярных взаимодействий в
ней и определяется строением ее молекул. Вязкость жидкости, состав-
ленной однородными молекулами, тем выше, чем крупнее эти молеку-
лы. Если молекулы содержат полярные группы, то вязкость такой жид-
кости тем выше, чем больше полярных групп. Исходя из сказанного,
нетрудно догадаться, что среди углеводородов наименьшая вязкость
наблюдается у неполярных парафинов и изопарафинов, а наивыс-
шая — у ароматических соединений. Можно догадаться также, что вяз-
кость зависит от температуры и давления. Чем выше температура, тем
слабее связи между молекулами и тем меньше вязкость жидкости1. Чем
выше давление, тем вязкость выше, поскольку давление препятствует
перемещению слоев относительно друг друга.
Различают динамическую и кинематическую вязкость. Формулы,
приведенные выше, описывают динамическую вязкость. Кинемати-
ческая вязкость учитывает плотность жидкости d и выражается фор-
мулой
v = r\/d.
За единицу динамической вязкости при заданной температуре при-
нимают вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление
силой 1 Н сдвигу слоев жидкости площадью 1 м2, находящихся друг от
друга на расстоянии 1 м и перемещающихся со скоростью 1 м/с. При
этом (см. рис. 108) F= 1 Н, 5= 1 м2, V— 1 м/с, h = 1 м. Подставляя эти
значения в формулу (1), получим:
Т) = т/у = FH/SV= Н-м-с/м2-м = Н-с/м2.
Так как Н/м2 — это паскаль, Па, получим размерность динамичес-
кой вязкости в международной системе (СИ): Па-с — паскаль-секунда.
В системе СГС единицей динамической вязкости является пуаз, П:
1 Па-с= 1000 П.
1 П — это вязкость воды при 20°С.
Единицей кинематической вязкости является вязкость жидкости с
динамической вязкостью 1 Па-с и плотностью 1000 кг/м3. Поскольку
кинематическая вязкость v = r\/d, то ее размерность
Нс-м3/м2кг = Н-см/кг.
! ''Вязкость газов с повышением температуры, напротив, увеличивается.
333
Так как сила равняется массе, помноженной на ускорение, то Н -
кг-м/с2. Таким образом,
10 Нс-м3/1000 м2-кг = (10 кг-м/с2)с-м3/1000 м2-кг.
Отсюда получаем размерность единицы кинематической вязкости и
СИ: ИГ4 м2/с. Жидкости, с которыми приходится иметь дело на прак
тике, обычно имеют вязкость, в сотни раз меньшую. Поэтому допуска
ется выражать вязкость в мм2/с. В системе СГС используется единица
Ст (стокс).
I мм2/с = 10~2 Ст = 1 сСт.
Для того чтобы сравнить различные жидкости, их вязкость следуй
определять при одной и той же температуре, которая непременно ука
зывается при показателе. Что касается давления, то подразумевают, чю
в процессе определения оно всегда равняется атмосферному. Колеба
ниями атмосферного давления пренебрегают.
Давление — сила, с которой одно тело действует на поверхносп
другого. Давление вызывается расширением нагреваемого вешесгиа
либо просто действием его массы: атмосферное и глубоководное давле
ние. Давление, возникающее при нагревании, фактически представая
ет собой суммарную силу, с которой молекулы барабанят о стенку сосу
да, в котором находятся. Именно такое давление представляет особый
интерес при рассмотрении рабочих процессов в двигателе. Чем выпи-
температура, тем больше кинетическая энергия движения молекул и
тем больше давление. Однако на кинетическую энергию движения за
трачивается не все тепло. Часть его молекулы запасают в виде внутреп
ней энергии, которая идет на колебательное, вращательное и поступи
тельное движение молекул и их отдельных частей. Свойство вещества
запасать внутреннюю энергию является теплоемкостью.
Долгое время единицей давления была техническая атмосфера, ран
ная силе в 1кг, действующей на 1 см2 поверхности. Для практических
целей это было очень удобно, так какдавление в I атм. было примерно
равно атмосферному давлению на уровне моря. Поэтому давление и
1 кг/см2 и называли технической атмосферой. Иногда использовали
термин «бар»: 1 бар= 1 атм. В международной системе единиц сила вы
ражается в ньютонах (Н), а единица площади — в квадратных метрах
(м2). В силу этого единицей давления в СИ является паскаль (Па):
I Па = 1 Н / м2.
Паскаль — слишком мелкая единица и на практике ее использовать
неудобно. Например, 1 атм ~ 100000 Па. Поэтому в качестве единицы
используют МПа = 106 Па ~ 10 кГ/м2. При давлениях, близких к атмос-
ферному, удобно использовать килопаскали: 1 атм « 100 кПа. Наконец,
метеорологи предпочитают использовать гектопаскали: 1 гПа = 100 Па.
334
к гектопаскалях выражают атмосферное давление. Нормальное атмос-
ферное давление в 760 мм рт. ст. составляет 1013 гПа.
Первоначальные способы измерения давления заключались в его
равновешивании с весом столба жидкости, давящей на единицу пло-
зди. Поскольку вес жидкости равен ее объему, умноженному на плот-
>сть, просто измеряли высоту столба жидкости. В качестве жидкости
.те всего использовались вода или ртуть. 1 атм = 10000 мм (10 м) во-
1яного столба или 760 мм ртутного столба. Сейчас эти единицы офини-
.1мьно не используются, но, например, подачу насоса по привычке из-
меряют в метрах водяного столба, а давление насыщенных паров жид-
костей — в миллиметрах ртутного столба.
Жесткость воды — характеристика, обусловленная содержанием в
поде солей кальция и магния. Эти соли представляют собой гидрокар-
ионаты, сульфаты, фосфаты, силикаты, хлориды и нитраты. Гидрокар-
оонаты при кипячении разлагаются с выделением СО2 и образованием
нерастворимых карбонатов. Поэтому жесткость, обусловленная гидро-
карбонатами, называется временной. Другие соли являются причиной
постоянной жесткости, которая не устраняется кипячением, а требует
оолее сложных способов водоподготовки. Сумма временной и посто-
янной жесткости называется общей жесткостью.
Жесткость выражают в миллимоль-эквивалентах на 1 л
(ммоль-экв/л). 1 ммоль-экв/л соответствует содержанию в литре воды
?.() мг катионов Са2+ или 12 мг Mg2+. Если жесткость воды не превы-
шает 2 ммоль-экв/л, вода называется мягкой, при 2—10 ммоль-экв/л
пода считается средней жесткости, жесткая вода — выше
10 ммоль-экв/л. Вода северных рек и озер очень мягкая и характеризу-
ется жесткостью 0,1—0,2 ммоль-экв/л. Жесткость подземных вод мо-
жет достигать 100 ммоль-экв/л.
Жесткость технологической воды, прошедшей водоподготовку, по
стандарту не должна превышать 7 мг-экв/л, что соответствует пример-
ному содержанию 100—140 мг катионов кальция и магния в литре воды.
Для технических целей, например для использования воды в качестве
охлаждающей жидкости, это считается достаточным. Тем не менее при
плительном использовании такой воды в радиаторах образовывается
накипь. Она откладывается прочным слоем на внутренней поверхнос-
ти труб и резко ухудшает передачу тепла. Для удаления накипи исполь-
туют специальные средства, основу которых составляют слабые кисло-
ты (например, адипиновая) или комплексообразующие вещества.
Износ — разрушение поверхности материала в результате трения
пли коррозии. Когда говорят об износе в технике, почти всегда подра-
>умевают износ, происходящий в результате трения. Коррозионный
износ оговаривается особо. В двигателе имеется ряд сопряженных де-
335
|талей (пар трения), взаимные перемещения которых сопровождают
(износом. К таким парам трения относятся поршневое кольцо и гиль
цилиндра, кулачок вала и толкатель клапана, вал и подшипник, фщт
и седло клапана, поршень и втулка насоса высокого давления, ииш
распылитель форсунки. Износ выражается в изменении геометричс<
кой формы и размеров трущихся поверхностей. В результате зазор;
между ними отклоняются от конструктивно допустимых.
В зависимости от условий процесса износ бывает следуюшп
видов:
- абразивный, происходящий в результате попадания абразивны
частиц (пыли, окалины, частиц нагара и т. д.) между трущимися попер
хностями. Абразивный износ характерен, например, для сельскохозяВ
ственной техники. Чтобы его избежать,
необходимо
обеспечив;
высокую чистоту топлива, масла и воздуха;
пи
— адгезионный, который происходит в результате
поверхностей при граничном трении. На него
микросхваты ва>
uni
влияют трибологичесч
<пе
свойства материала, несущая способность масла, условия работы дни
гателя: нагрузки и температуры;
- питтинг — специфический вид износа, представляющий соб<4
выкрашивание в результате усталости металла при ударных нагрузках
Питтинг часто проявляется на зубьях шестерен — там, где происходи,
их зацепление, на толкателях клапанов, иногда — на шариках и роли
ках подшипников качения. Единой теории питтинга нет. Обычно пола
гают, что на нервом этапе образуются микротрещины — результ.п
сдвиговых напряжений в области контакта. Затем микротрещииы
развиваются в пятна — оспины. Если процесс происходит в среде сма
зывающего вещества, то он ускоряется за счет эффекта Ребиндера в
просто гидравлических ударов в результате проникновения масла и
трешины. Эти представления подтверждаются тем, что при абразивном
износе питтинг уменьшается (стираются микротрещины). Он умень
шается также в присутствии присадок, уменьшающих напряжения
сдвига, таких как дисульфид молибдена или графит;
— фреттинг-коррозия наблюдаегся при трении плотно сжатых или
катящихся друг по другу деталей, если в результате вибрации между их
поверхностями происходят микроскопические смешения. При этом
поверхность как бы размывается. Первые стадии фреттинг-коррозии
такие же, как и при питтинге: образование микротрещин и развитие их
в осповидные пятна износа и бляшки. Затем материал трущихся повер
хностей вступает в реакции со смазывающим веществом и кислородом
воздуха. На поверхности трения появляется очень липкий черный или
красно-коричневый слой, содержащий оксиды железа;
- коррозионный — это результат коррозии, явления, которое нами
рассматривается отдельно. Коррозионному износу особенно подвер-
336
|.сны детали, контактирующие с продуктами сгорания топлив.
Коррозия — разрушение материала в результате его взаимодей-
। 1вия со средой. Химические реакции, обусловливающие коррозию,
разнообразны, но наиболее частым случаем коррозии является окисле-
ние металлов, например, ржавление железа. Классификация коррози-
онных процессов возможна по разным признакам, важным для той или
иной области техники. Так, например, различают виды природной кор-
розии (атмосферную, морскую, подземную), химическую коррозию
при контакте с агрессивными средами и т. д. Процессы коррозии могут
сочетаться с механическим разрушением металлов: фреттинг-корро-
шей, водородным охрупчиванием, кавитационной коррозией. В хим-
мотологии наиболее часто приходится иметь дело с электрохимичес-
кой, химической и высокотемпературной ванадиевой коррозией.
Электрохимическая коррозия чаше всего наблюдается при хранении
горюче-смазочных материалов в стальных резервуарах. Она протекает
па границе раздела трех фаз: металла, жидкости и воздуха, где активно
конденсируется влага. Атмосферная влага — не дистиллированная во-
да. Она растворяет в себе кислотные компоненты воздуха (углекислый
газ, оксиды серы и азота), а также вымывает их из нефтепродуктов.
Вследствие этого по отношению к металлу она является электролитом.
Поверхность металла также неоднородна. На ней, случайным для пос-
тороннего наблюдателя образом, образуются участки с повышенным и
пониженным электрическим потенциалом. Контактируя с электроли-
том, они выступают соответственно как катод и анод. Между ними воз-
никает электрический ток. Электроны от участка с повышенным по-
тенциалом перетекают на участок с пониженным потенциалом. На
анодном участке катионы металла, оставшиеся без электронов, гидра-
тируются и переходят в водную фазу. На катодном участке электроны
принимают участие в реакции между кислородом и водой с образова-
нием гидроксид-анионов. Последние встречаются в жидкости с катио-
нами металла, образуя его гидроксиды. Схема электрохимической кор-
розии металла представлена на рис. 110. Чтобы упростить схемы реак-
ций, металл условно принят одновалентным. Таким образом, необхо-
димым условием электрохимической коррозии являются наличие
окислителя (кислорода), воды и короткозамкнутой гальванической па-
ры, составленной участками металлической поверхности с разным
электрическим потенциалом. В реальной практике эти условия всегда
выполняются.
Химическая коррозия в среде топлив и масел наблюдается в том слу-
чае, если топлива и масла содержат коррозионно-агрессивные соедине-
ния. К таким соединениям относятся меркаптаны, свободные кислоты
и щелочи, сероводород. Во всех видах горюче-смазочных материалов
22 - 449
337
Рис. 110. Схема электрохимической коррозии. Пояснения в тексте
нормируется отсутствие таких соединений, так что коррозия этого вида
обычно является результатом низкого качества топлива.
Низкотемпературная коррозия имеет место на поверхностях, кон-
тактирующих с продуктами сгорания топлива. Температура поверхнос-
тей должна быть такой, чтобы на них начала конденсироваться вода из
продуктов сгорания. Сконденсировавшаяся вода растворяет в себе кис-
лотные продукты сгорания: оксиды серы и азота, вследствие чего кон-
денсат представляет собой разбавленные растворы сернистой, серной и
азотной кислот. Наибольшую роль в этой смеси играет серная кислота.
Температура начала конденсации воды или растворов серной кислоты
из продуктов сгорания топлива называется точкой росы и в общем
случае отличается от температуры конденсации чистой воды. Если в
топливе нет серы, а в продуктах сгорания — соответственно серной
кислоты, то точка росы соответствует температуре начала конденсации
чистой воды (около 38°Cl). С повышением концентрации серы в топ-
ливе точка росы быстро повышается. При 0,2% серы она составляет
около 60°С, при I % — примерно 120°С. Кроме содержания серы, точка
росы зависит от коэффициента избытка воздуха и понижается с его
увеличением.
Газовая коррозия наблюдается в двигателе при достаточно высокой
температуре отработавших газов и заключается в том, что продукты
сгорания соединений серы (прежде всего SO3, хотя этого оксида полу-
чается немного) вступают в непосредственные реакции с металлом.
Чем выше температура, тем интенсивней газовая коррозия. С одной
стороны, при повышении температуры образуется больше SO3, с дру-
гой — ускоряются реакции его взаимодействия с металлом. Существу-
-Г—----------------------
1емпература конденсации насыщенных паров воды, как всем известно, составляе!
Ю0°С. Что касается точки росы, то это — температура конденсации паров воды, содержа
шихся в продуктах сгорания в концентрации О,5-5,О%. Поэтому точка росы чистой волы
ниже 100°С и зависит от наличия других соединений в продуктах сгорания.
338
20
Рис. 111. Влияние температуры на
коррозию продуктами сгорания
соединений серы: 1 — зона
низкотемпературной
(электрохимической) коррозии;
2 — зона минимальной коррозии;
3 — зона газовой коррозии. (Взято из
книги Б. В. Лосикова, Н. Г Пучкова и
Б. А. Энглина «Основы применения
нефтепродуктов», М.: Ibc.
НТИнефтяной и топливной
литературы, 1959)
ет зона температур, при которых коррозия минимальна. Схематически
это представлено на рис. III.
Ванадиевая коррозия может быть отнесена к процессам коррозион-
но-механического разрушения. Ее смысл заключается в следующем.
В остаточных топливах концентрируются различные тяжелые компо-
ненты нефти, в частности металлы. Среди этих металлов в нефти
немало ванадия, изначально содержащегося в ней в виде порфиринов.
Его содержание в нефти колеблется от 10-4 до Ю-2%, а в нефтях неко-
торых месторождений может быть даже больше. Ванадий является
металлом переменной валентности и при окислении образует сразу не-
сколько оксидов. Смеси этих оксидов называют ванадиевыми оксид-
ными бронзами (не путать с бронзами — сплавами на основе меди).
Температура плавления большинства оксидных бронз составляет
500—900°С и сравнима с температурой деталей газовых турбин. Поэто-
му они могут прилипать к ним в виде жидких капель. Взаимодействуя с
металлом, например железом, пентоксид ванадия отдает часть кисло-
рода, переходя в тетроксид и окисляя железо:
V2O5 + Fe = FeO + Х^Од.
Приведенная выше реакция условна. В действительности в процес-
се участвуют более сложные и агрессивные соединения. Ванадиевая
коррозия ускоряется в присутствии натрия, который входит в состав
наиболее агрессивных бронз, и снижается в присутствии серы. Уста-
новлено, что сернистое топливо для газовых турбин должно содержать
не более 0,01% ванадия, а малосернистое — не более 0,005%.
Наиболее эффективным и дешевым методом борьбы с ванадиевой
коррозией является использование присадок, изменяющих состав вана-
диевых бронз и повышающих температуру их плавления. На практике в
качестве таких присадок чаще всего используют соединения магния.
Международная система единиц (СИ) — система мер, рекомен-
дованная для повсеместного применения в науке и технике. Она была
22*
339
введена в практику по решению XI Генеральной конференции по ме-
рам и весам в октябре 1960 г. С 1 января 1963 г. эта система принята в
СССР. Переход на СИ был необходим для областей деятельное™ чело-
века, связанных со сверхточными измерениями. Однако в обыденной
жизни и ряде практических наук, в частности химмотологии, некото-
рые страны используют старую метрическую систему, а страны англоя-
зычные помимо того — традиционные для них неметрические меры.
Ниже приведены основные и производные единицы СИ, а также соот-
ношения между мерами неметрических и метрических систем.
Основные единицы
Физическая величина	Наименование	Обозначение единицы	
	единицы	международное	русское
Длина Масса Время Сила электрического тока Термодинамическая температура Сила света	метр килограмм секунда ампер кельвин кандела	m kg s А К cd	м кг с А К кд
Некоторые производные единицы
Физическая величина	Наименование единицы	Обозначение единицы		Размерность
		между народное	русское	
Энергия	джоуль	.1	Дж	кг-м3-с—2
Сила	НЬЮТОН	N	Н	кг-м-С"2
Мощность	ватт	W	Вт	кг-м2-с-3
Электрический заряд	кулон	С	Кл	Ас
Разность электрического потенциала	ВОЛЬТ	V	В	кгм2-с-3-А-1
Частота	герц	Hz	Гц	ЦИКЛ'С-1
Температура	градус Цельсия	°C	"С	°C
Давление	паскаль	Ра	Па	Н-м-2
Плотность	нет	kg-m-3	кг-м-3	кг-м-3
Вязкость кинематическая	нет	m2-s-1	М С	м2-с-1
Вязкость динамическая	паскаль-секунда	Pa-s	Па-с	Н-с-м-2	|
340
Множители и приставки для образования кратных и дольных единиц
Множитель	Приставка	Обозначение приставки	
		международное	русское
10'2	тора	т	Г
1()9	сига	G	Г
I06	мега	М	М
10’	кило	к	К
Ю2	гекто	h	г
10	дека	da	да
IO"1	де и и	d	д
io-2	еанти	С	с
ю-’	милли	ni	м
io-6	микро	р	мк
ю-9	нано	n	и
ю-12	ПИКО	р	II
ГО-15	фемто	f	ф
I0-18	атго	а	а
Межмолекулярное взаимодействие — взаимодействие моле-
кул вещества между собой, не приводящее к каким-либо химическим
реакциям, то есть к разрыву или возникновению новых химических
связей. Это явление чрезвычайно важно в физикохимии горючесма-
зочных материалов, представляющих собой сложные смеси углеводо-
родов, содержащие присадки и — в качестве примеси — гетероатом-
ные соединения. От интенсивности межмолекулярного взаимодей-
ствия зависят вязкость нефтепродуктов, давление насыщенных паров,
физическая стабильность и некоторые другие свойства. Нередко оно
влияет на эффективность присадок, вводимых в топливо. Например,
хорошо известно, что эффективность депрессорных присадок, введен-
ных в мазут, при его хранении постепенно снижается за счет процес-
сов старения мазута.
Силы межмолекулярного взаимодействия, часто называемые ван-
дер-ваальсовыми, по имени описавшего их физика, делят на три вида.
(Это деление справедливо, когда расстояние между молекулами замет-
но больше размеров этих молекул. В противном случае появляются
новые взаимодействия, например обменное, которое мы не рассмат-
риваем):
— электростатические, действующие между молекулами, которые
имеют полярные группы, обладающие небольшим электрическим за-
рядом. Эти силы, например, характерны для молекул воды, многих
присадок, представляющих собой диполи или вообще мультиполи;
341
— поляризационные (индукционные), которые возникаю! при сближе -
нии полярной и неполярной молекул. При этом полярная молекула де-
формирует электронное облако неполярной молекулы таким образом.
что в нем происходит поляризация с образованием как бы наведенно-
го диполя. Молекула поляризуется тем легче, чем свободнее ее элект-
роны. Например, ароматические углеводороды поляризуются легче па-
рафинов;
— дисперсионные. Взаимодействие электронных облаков двух моле
кул может привести к деформациям их зарядов с образованием виргу
альных диполей. Дисперсионные силы характерны для всех молекул.
но очень важны в случае неполярных веществ, для которых являются
единственной возможностью взаимодействия.
Ван-дер-Ваальс, Ян Дцдерик (1837-1923) — выдающийся нидерландский
физик, профессор Амстердамского университета. Основные работы посвящс
ны исследованию межмолекулярных взаимодействий в газах. Описал силы,
действующие при взаимном притяжении молекул, позднее названные его имс
нем. Дал уравнение состояния бинарной двухфазовой смеси (1890). Проводил
исследования в других областях физической химии, в частности изучал поверх
постное натяжение жидкостей и капиллярные силы.
Нетрудно догадаться, что наиболее сильные взаимодействия обес-
печивают электростатические силы, а дисперсионные являются самы
ми слабыми.
Мицеллообразование — явление ассоциации молекул поверхносз
но-активных веществ в коллоидных растворах. Оно играет важную роль
в механизме моющего и диспергирующего действия присадок к маслам
и топливам. В разбавленных растворах молекулы ПАВ находятся далеко
друг от друга и не ассоциированы. Большая часть их сорбируется на гра-
нице раздела фаз и снижает поверхностное натяжение. С увеличением
концентрации ПАВ поверхностное натяжение продолжает уменьшаться.
При каком-то значении концентрации ПАВ наступает такой моменз,
когда его молекулы объединяются в группы — мицеллы. Сразу по всему
объему образуется множество маленьких мицелл. Дальнейшее увеличе-
ние концентрации ПАВ сопровождается ростом уже образовавшихся
мицелл, а новых мицелл при этом практически не образуется. Поэтому
поверхностное натяжение и другие свойства раствора перестают измс
няться. Момент образования мицелл из отдельных независимых друг oi
друга молекул настолько важен, что его значение интересует многих и и
теоретическом и в практическом смысле. Концентрация ПАВ, при кото
рой это происходит, называется критической концентрацией мицелло
образования, ККМ, а точнее, ККМр так как существуют и другие перс
ходные явления в растворах ПАВ, также сопровождающиеся образова
нием и превращениями мицелл, но уже другого типа. Однако первое
342
Рис. 112. Схема мицеллы ПАВ: а — в водном растворе, б — в масляном
растворе. Молекулы ПАВ изображены в виде «головастиков».
Искривленными линиями показаны углеводородные цепи, стилизованными
скобками — молекулы воды, что не так уж далеко от истины
значение ККМ является наиболее важным. На практике знание ККМ
необходимо, например, для того, чтобы экономно расходовать ПАВ:
прибавлять в раствор ПАВ больше, чем требуется для мицеллообразова-
ния, нерационально, поскольку ни моющие, ни другие свойства раство-
ра все равно улучшаться не будут. Чем меньшим значением ККМ харак-
теризуется ПАВ, тем меньше его требуется. Значение ККМ зависит от
свойств ПАВ и дисперсионной среды, а также от некоторых внешних ус-
ловий, влияющих на ассоциацию молекул, например температуры.
В простейшем случае мицеллы представляют собой шаровые скоп-
ления молекул, особым образом ориентированных друг относительно
друга и дисперсионной среды. В концентрированных растворах ПАВ
мицеллы могут приобретать более сложное строение. Средой может
быть неполярная жидкость (углеводороды) или полярная (вода). До-
пустим, мы имеем раствор ПАВ в масле (рис. 112). Молекула ПАВ сос-
тоит, по крайней мерс, из двух частей: полярной и неполярной. Имен-
но это и придает ей поверхностно-активные свойства. Поэтому схема-
тически ее изображают в виде головастика с «полярной» головой и «не-
полярным» хвостом. В масле эти молекулы будут группироваться таким
образом, что их хвосты будут выставлены наружу, в неполярную среду,
а головы будут соприкасаться. Это и есть мицелла.
С образованием мицелл коллоидный раствор приобретает новое
свойство, которое называется солюбилизирующей способностью. Со-
любилизация — коллоидное растворение нерастворимого в дисперси-
онной среде вещества при помощи ПАВ. Например, частицы загрязне-
ний, обычно не растворимые в масле, могут захватываться мицеллой и
удерживаться внутри нее за счет взаимодействия с полярными частями
молекул ПАВ.
343
Принципы, положенные в основу определения ККМ, основываю!
ся на определении такой концентрации ПАВ, при которой свойснш
раствора резко меняются. Например, строят зависимость поверхноп
ного натяжения от концентрации ПАВ и отмечают момент излома крн
вой. Можно использоватьявление солюбилизации. Для этого в растпор
прибавляют краситель и наблюдают, при какой концентрации ПАП
окрашивание исчезает.
Плотность — масса вещества, заключенная в единице его объем.)
Согласно Международной системе единиц она измеряется в кг/м'
В системе СГС единицей является г/см3. В некоторых случаях эта едп
ница используется и сейчас. При нагревании плотность уменьшается
поскольку практически все зела при нагревании расширяются, если
только этому нет препятствий. Это объясняется тепловым движением
молекул, которые, получив дополнительную кинетическую энергию
стремятся занять больше пространства. Встречаются отдельные аномн
лии зависимост и плотности от температуры. Обычно они наблюдаю!
ся вблизи фазовых переходов. Всем известно, например, что плотноен
льда меньше плотности воды. Это объясняется строением кристалла
ческой решетки льда, в которой молекулы упакованы менее плотно н<
сравнению с тем, как они находятся в жидком состоянии.
При определении плотности вещества следует выбрать темперазу
ру, при которой она будет определяться, и эталонную плотность, нео(»
ходимую для сравнения. Обычно в качестве эталона для жидкостей
принимают плотность воды при 4°С (температура, при которой воли
имеет наибольшую плотность), а определение проводят при 20°С. От-
сюда обозначение плотности: г/420. Плотность газов часто определяю!
по отношению к плотности сухого воздуха при атмосферном давле
нии. Зависимость плотности вещества от температуры подчиняется
закону
^4‘ = <j20/[l - Р(2О- 01,
где р — коэффициент теплового расширения.
Плотность вещества зависит и от давления, но эту зависимость при
ходится учитывать редко. Предполагается, что плотность определяется
в условиях атмосферного давления, колебаниями которого обычно
пренебрегают.
Зависимость плотности горюче-смазочного вещества от температу-
ры — явление, которым в химмотологии пренебрегать нельзя. Дозиро-
вание ГСМ осуществляется по объему. Поэтому, например, теплое ди-
зельное топливо подается в цилиндр плунжерным насосом в меньшем
количестве, чем холодное. В результате цикловая подача топлива
уменьшается и снижается мощность двигателя. Читатель может сам до-
гадаться, какие проблемы и возможности несет явление изменения
344
плотности топлив в зависимости от температуры сметливым работни-
кам автозаправочных станций.
Для определения плотности в практическом обиходе используют
денсиметры и ареометры, действующие по закону Архимеда. Они
представляют собой высокие поплавки со шкалой и грузом. В зависи-
мости от массы груза денсиметр погружается в жидкость на определен-
ную глубину. По шкале устанавливают плотность жидкости с точ-
ностью до третьей значащей цифры. Если требуется определить плот-
ность с большей точностью, используют пикнометры — маленькие
сосуды точно выверенного объема, в которые заливается жидкость,
гермостаз и руется и взвешивается на аналитических весах.
Поверхностное натяжение — характеристика поверхности разде-
ла фаз, которую можно представить как работу, необходимую для обра-
зования единицы новой поверхности. Молекулы вещества испытыва-
ют взаимное притяжение (рис. 113). Если молекула находится в объе-
ме, то силы притяжения уравновешиваются, так как действуют равно-
мерно со всех сторон. Если же молекула находится на границе раздела
фаз, то, с одной стороны, на нее действует притяжение однородных мо-
лекул жидкости, с другой — притяжение молекул другой фазы. Если
другая фаза — воздух, условно говорят о просто поверхностном натя-
жении, если жидкость или твердая поверхность — говорят о межфаз-
ном натяжении. Межфазное натяжение двух несмешивающихся жид-
костей приблизительно равно разности их поверхностных натяжений
на границе с воздухом. Так как силы притяжения, действующие со сто-
роны жидкости, больше, чем силы, действующие со стороны воздуха,
они стремятся «утащить» молекулу с поверхности внутрь и делают это
при любой возможности, уменьшая поверхность жидкости. Силами
поверхностного натяжения, в частности, обусловлена шарообразная
форма мелких капель (на крупные заметно действуют силы земного
притяжения). Чтобы увеличить поверхность, например раздробить
Рис. 113. К определению
поверхностного натяжения.
На молекулу, находящуюся внутри
жидкости (а), силы притяжения
действуют равномерно со всех
сторон, и их результирующая равна
нулю. На молекулу, находящуюся
на поверхности (б), действуют силы
притяжения жидкости и воздуха.
Поскольку жидкость притягивает
молекулу сильнее, чем воздух,
результирующая направлена внутрь
жидкости (показана жирной
стрелкой)
345
жидкость на мелкие капли, необходимо преодолеть действие сил по-
верхностного натяжения. С термодинамической точки зрения поверх-
ностное натяжение может быть объяснено как стремление системы
уменьшить свободную энергию поверхности, которая возникает в ре-
зультате нескомпенсированности между силами, действующими на
молекулу изнутри и извне жидкости.
С повышением температуры поверхностное натяжение (о) жидкос-
тей уменьшается, так как увеличивается подвижность молекул, полу-
чивших дополнительную энергию. В однородных неассоциированных
жидкостях вдали от критической температуры зависимость между о и
абсолютной температурой близка клинейпой:
о = оо—«(Г-Го),
где — о и о0 поверхностное натяжение (Дж/м2) при температурах
соответственно Ти То (К); а — коэффициент, примерно равный а ~ 0,1
мН/(м-К).
Свободная энергия поверхности — энергия, сосредоточенная
на границе раздела фаз. Представим себе кусок твердого вещества или
каплю жидкости, граничащие с другой фазой. Молекулы вещества ис-
пытывают притяжение других молекул и притягивают их сами. Для мо-
лекул, находящихся внутри, силы притяжения уравновешиваются и
особых проблем не возникает. У молекул, находящихся снаружи, появ-
ляется избыточная энергия. Силы притяжения, направленные внутрь,
уравновешиваются силами протяжения других молекул, а силы протя-
жения, направленные наружу, не уравновешиваются. Они расходуются
на взаимодействие с молекулами другой фазы и представляют,
собственно, свободную поверхностную энергию. Именно эта энергия
определяет создание адгезионных пленок защитных и смазочных мате-
риалов к металлической поверхности, загущающую способность непо-
лярных загустителей пластичных смазок и множество других явлений.
Большую роль свободная энергия поверхности играет при катализе
многих химических реакций. Именно на этом основан гетерогенный
катализ. Каталитическое влияние поверхности проявляется, в частнос-
ти, при граничном трении в среде смазочного материала, который в ре-
зультате претерпевает ряд химических превращений. Поверхность
вещества обычно бывает загрязнена пленками оксидов, сульфидов, а
также «налипшими» молекулами газов, воды, других загрязнителей.
Оказывая экранирующее действие, они сильно снижают ее активность.
В процессе граничного трения эти пленки срываются и обнажается так
называемая ювенильная поверхность, обладающая громадной свобод-
ной энергией. На ювенильной поверхности активно идут реакции,
приводящие к созданию трибохимических пленок, участвующих в про-
цессе зрения и износа.
346
Температура — мера кинетической энергии молекул вещества.
С поглощением энергии (тепла) веществом его температура увеличи-
вается. Степень повышения температуры зависит от теплоемкости ве-
щества. Чем она меньше, тем температура выше при одинаковом ко-
личестве поглощенного тепла. Многие физико-химические свойства
веществ (вязкость, плотность, давление паров и пр.) зависят от темпе-
ратуры, поэтому данный показатель весьма важен на практике.
При расчете термодинамических параметров используется так на-
зываемая абсолютная температура, измеряемая в Кельвинах (но не в
«градусах Кельвина»!). 0°С = 273,16 К. В быту и технике обычно ис-
пользуется всем хорошо известная шкала Цельсия. В англоязычной ли-
тературе часто встречается температура, выраженная в градусах Фарен-
гейта (°F). Это обстоятельство следуез иметь в виду, так как использо-
вание шкалы Фаренгейта может особо и не оговариваться. Для того
чтобы понять приверженность английских и американских ученых к
этой шкале, следует ознакомиться с историей вопроса. Шкала Фарен-
гейта возникла раньше, чем привычная нам шкала Цельсия. Фаренгейз
счел естественным, что нулевой точкой будет наинизшая температура,
которая может быть достигнута в лаборатории. Это имело смысл: в та-
ком случае все другие температуры становились положительными.
Смешивая лед с солью, Фаренгейт смог достичь температуры, которая
в привычной нам шкале составила бы — 18°С (сейчас, используя вместо
соли другие реагенты, например хлористый аммоний, мы можем
«опуститься» гораздо ниже). За вторую точку шкалы была взята темпе-
ратура человеческого тела (как зут не вспомнить высказывание о том,
что человек — мера всех вещей). В свое время Ньютон предложил при-
нять температуру человеческого тела за 12 градусов — с казалась любовь
англичан к двенадцатиричной системе исчисления. Но Фаренгейт ре-
шил, что следует измерять температуру в 8 раз точнее. Так появилась
вторая точка — 96°. Таким образом, если в шкале Цельсия разница меж-
ду точкой замерзания воды (0°С, 32Т) и температурой человеческого
зела составляла 36 делений, то в шкале Фаренгейта — 64 (рис. 114), от-
куда один градус Цельсия равнялся 1,8 градуса Фаренгейта. Исходя из
сказанного, формула перехода между градусами Цельсия и Фаренгейта
имеет вид
“С = (°F-32)/1,8.
В системе Фаренгейта точки замерзания воды и ее кипения состав-
ляют соответственно 32 и 212°Е Как мы знаем, в шкале Цельсия они
равняются 0 и 100'С. Для ученых, часто имеющих дело с водными раст-
ворами, такие ровные ч-исла были очень удобны, поэтому шкала Цель-
сия постепенно вошла в практику и в большинстве стран вытеснила
шкалу Фаренгейта.
347
Минимальная температура,
которую Фаренгейт
достиг в лаборатории
ОТ 32Т
Температура
человеческого
тела
96°F
212’F
----- Шкала
Фаренгейта
100°С
Шкала
Цельсия
Точка
замерзания воды
Точка
кипения воды
Рис. 114. Шкалы Цельсия и Фаренгейта
Теплоемкость — способность вещества поглотать тепловую энер
гию окружающей среды за счет перевода ее в кинетическую энергию
движения собственных молекул. Выражается количеством теплоты,
затраченной на повышение температуры вещества на один градус. Теп
лоемкость тем выше, чем больше степеней свободы у молекул вещест
ва в каждом из видов движения: поступательном, колебательном и вра
щательном — на каждое из которых тратится энергия. Установлено (мы
это подробно не рассматриваем), что каждая степень свободы поступи
тельного и вращательного движения дают вклад в теплоемкость, рав
ный R/2, где R — газовая постоянная, а степень свободы колебательно
го движения (колебания атомов внутри молекулы) — вклад, равный R
Теплоемкость жидкостей примерно на 15% выше теплоемкости того же
вещества в твердом состоянии. Можно догадаться, что теплоемкость
зависит от температуры, занимаемого объема и давления. Для рабочих
процессов, протекающих в двигателе, большое значение имеют тепло
емкость при постоянном давлении С и теплоемкость при постоянном
объеме С(.. Они связаны между собой соотношением, которое в случае
идеального газа выглядит очень простым: Ср — Cv = R. В одних и тех же
единицах всегда С больше, чем Сг. Это нетрудно уяснить. Допустим,
рабочему телу сообщается одно и то же количество тепла в разных про-
цессах: изобарном и изохорном. Чтобы при нагревании давление сох-
ранялось одним и тем же, необходимо, чтобы рабочее тело расширя-
лось, то есть совершало работу. Таким образом, в изобарном процессе
тепло расходуется как на нагрев рабочего тела, гак и на выполнение по-
лезной работы. В изохорном процессе все тепло идет только на нагрев
рабочего тела. Только благодаря этому обстоятельству возможна рабо-
та тепловых машин. Чем больше разность Ср — Cv, тем больше полез-
348
ной работы может быть получено. Отношение к = С /Cv являетми
показателем уравнения адиабаты: pvk = const. Оно всегда больше еди-
ницы, и чем больше его значение, тем больший КПД рабочего тела в
адиабатическом процессе расширения.
Расчетные методы определения теплоемкостей сложны и требую!
привлечения методов статистической термодинамики. На практике
теплоемкость определяют калориметрически при давлении насыщен-
ных паров жидкости. Определяя теплоемкость, следует быть уверен-
ным, что в данном интервале температур не происходит фазовых пере-
ходов вещества, разложения и других химических реакций.
Теплоемкость нефтяных топлив при 20°С и атмосферном давлении
составляет 1,6—2,0 (кДж/кг-К), а при 280°С примерно вдвое больше.
Теплообмен — процесс передачи теплоты от более нагретого тела
к менее нагретому. Известны три механизма теплообмена: теплопро-
водность, конвекция и излучение. Теплопроводность — результат тепло-
вого движения молекул, атомов, ионов и электронов, входящих в со-
став вещества. Чем свободнее они движутся, тем выше теплопровод-
ность. Поэтому наиболее высокой теплопроводностью обладают
металлы и низкомолекулярные соединения. Хуже всего теплопровод-
ность у высокомолекулярных соединений, особенно органической
природы. Теплопроводность играет большую роль при охлаждении
внутренних стенок цилиндра и камеры сгорания, а также в процессах
теплопередачи, осуществляемых в котловых установках. Теплопровод-
ность воздуха низка из-за малой его плотности. Конвекция — теплооб-
мен посредством движущейся среды: воздуха, воды, охлаждающих
жидкостей. Конвекция, в частности, осуществляется при принудитель-
ном охлаждении двигателя и при съеме тепла с нагретых поверхностей
котлов. Излучение (радиация) — перенос энергии в виде инфракрасно-
го излучения с длиной волны 0,8—800 мкм. Этот вид теплообмена ис-
пользуется в нагревательных печах. В технике очень важен теплообмен
путем теплопередачи. Это процесс передачи тепла от нагретой среды к
холодной через стенку. Он включает в себя теплоотдачу от нагретой
среды стенке, перенос теплоты путем теплопроводности через матери-
ал стенки и теплоотдачу от стенки к холодной среде. Количество пере-
даваемой через стенку теплоты Q выражается формулой
Q=kFbT,
где F — площадь стенки; ДГ — разность температур нагретой и холод-
ной сред; к — коэффициент теплопередачи, к зависит от теплопровод-
ности материала (алюминий проводит тепло лучше, чем чугун), чисто-
ты поверхности (закоксованная поверхность труб теплообменного
аппарата работает хуже, чем чистая; стенки камеры сгорания, покры-
349
тые нагаром, хуже отдают тепло, что является причиной калильного ш
жигания и т. д.).
Теплота определяется как энергия, передаваемая от одного tcju
другому в процессах теплопередачи. Как форму движения материи с<
рассматривал еше Ломоносов. Однако к концу XVIII века сформиро
валось представление о теплоте, как о жидкости — теплороде, имею
щим собственный нес. Процесс нагревания представлялся как перегок
теплорода от нагретого тела к менее нагретому. Впоследствии теория
теплорода была признана ошибочной, но она помогла пониманию
второго начала термодинамики, которое требовало, чтобы для совер
шения полезной работы имел место переток тепла от нагревателя к х<>
лодильнику.
То, что между теплотой и работой имеется связь, было замечено дан
но. Механический эквивалент теплоты установил Джоуль (1818—188’)).
показавший, что передача веществу 1 калории теплоты равноценна со
вершению 4,18 Дж работы.
Токсичность горюче-смазочных материалов и продуктов их сгори
ния — комплекс показателей, характеризующих их вредное воздей
ствие на человека и животных. Основными показателями являются
предельно допустимая концентрация (ПДК) вещества в воздухе или волг
и летальная доза, при которой погибает определенное количество по
допытных животных (ЛДл), где п — процент погибших животных. Ис
пользуют три разных показателя ПДК вещества в воздухе:
-	ПДКрз — ПДК в воздухе рабочей зоны. Это такая концентрация
вещества, при которой в течение всего рабочего стажа при 41-часово11
рабочей неделе не замечается никаких отклонений в состоянии здо-
ровья человека. ПДКрз — наиболее часто использующийся показатель.
Обычно он и имеется в виду, когда говорят о ПДК;
-	ПДКмр — максимальная разовая ПДК — такая концензрация, ко-
торая при вдыхании вещества в течение 30 мин не вызывает отрица
тельных рефлекторных реакций в организме человека. Обычно эточ
показатель используют для веществ с выраженным раздражающим
действием;
-	ПДКСС — ПДК среднесуточная — концентрация вещества в возду-
хе, которая не оказывает прямого или косвенного воздействия на чело-
века при неопределенно долгом влиянии.
Величина ПДК вещества, растворенного в воде устанавливается в
зависимости оз назначения воды: питьевая, в водоемах рыбных хо-
зяйств и водоемах санитарно-бытового пользования.
Поскольку определение ПДК — трудоемкая и дорогая операция, до-
пускается временно использовать показатель, называемый «ОБУВ» -
ориентировочный безопасный уровень воздействия. Этот показатель
350
определяется или рассчитывается специализированными институтами
или разработчиками данной продукции.
Летальные дозы обычно определяются на лабораторных животных:
мышах, крысах, морских свинках при введении вещества в пишу (пер-
орально, то есть через роз) или путем вдыхания. Дозу постепенно уве-
ничивают, пока не погибнет заданный процент (чаще всего 50%) жи-
вотных (ЛД50). Иногда вместо летальной дозы определяют летальную
концентрацию (ЛКН).
Исследование токсичности вещества включает изучение его
действия на кожу и слизистые оболочки. Кроме того, интересуются, не
обладает ли вещество сенсибилизирующим действием, при котором при
повторяющемся воздействии организм становится чувствительным к
самым малым дозам продукта.
Трение — сопротивление, возникающее на поверхности твердых
тел при их перемещении друг относительно друга или при попытке
произвести такое перемещение. Причиной трения являются микроне-
ровности, которые всегда имеются на поверхности тел, и силы взаим-
ного сцепления молекул. Различаю! следующие виды трения:
— сухое, при котором между деталями слой смазочного материала
полностью отсутствует. Сила сухого зрения F пропорциональна нор-
мальной силе Р, с козорой поверхности прижимаются друг к другу:
F=yP.
Коэффициент пропорциональности ц называется коэффициентом
трения. Для большинства твердых тел при трении скольжения он сос-
тавляет от 0,1 до 0,5. Сухого трения стараются избежать, за исключени-
ем случаев, когда наличие посторонней смазки в узле зрения противо-
показано. Тогда выбирают такой материал пары зрения, который
характеризуется высокими антифрикционными свойствами. В двига-
теле сухое трение не предусмотрено и обычно приводит к катастрофи-
ческим последствиям.
— жидкостное, при котором детали постоянно разъединены сплош-
ным слоем смазки (рис. 115). Благодаря эзому микронеровности нс со-
прикасаются друг с другом; не могут проявить себя и силы межмолеку-
лярного притяжения. Теоретически при таком виде трения износа быть
не можез, так как энергия зрения расходуезся на деформацию слоя сма-
зочного материала, который сопротивляется перемещению вследствие
сил сцепления молекул (но уже не трущихся поверхностей, а самого сма-
зочного материала). Сила жидкостного трения пропорциональна скорос-
ти скольжения тел друг относительно друга (И), площади поверхности
скольжения (5) и обратно пропорциональна толщине слоя смазки (//):
F=X](VS/H).
351
Рис. 115. Расположение трущихся пар при жидкостном трении
Коэффициент пропорциональности г] есть не что иное, какдинами
ческая вязкость жидкой смазки. Его величина в десятки и сотни р;н
меньше коэффициента сухого трения, поэтому режим жидкостного
трения является наиболее желательным при работе машин и механиз
мов, но наблюдается не так уж часто — при небольших нагрузках и вы
сокой несущей способности масла.
— граничное, при котором слой смазки периодически нарушается и
детали приходят в непосредственное соприкосновение (рис. 116). При
этом наблюдается несколько важных явлений. Во-первых, гидродина-
мический режим смазывания переходит в эластогидродинамический.
Часть жидкой смазки оказывается заключенной под большим давлени-
ем в микрокамерах, образованных за счет соприкосновения выступаю-
щих участков поверхности. Давление так велико, что вязкость смазкп
резко увеличивается и она как бы пружинит, сопротивляясь силам, при-
жимающим трущиеся поверхности друг к другу. Во-вторых, смазка начи-
нает оказывать пластифицирующее действие на материал поверхности.
Согласно эффекту Ребиндера, в присутствии поверхностно-активных
веществ (а масла таковыми для металлических поверхностей и являют-
ся) прочность материалов в зоне механических воздействий резко сни-
жается. Благодаря этому металл с выступающих участков переносится во
впадины, и поверхность сглаживается. Так происходит приработка дета-
лей друг к другу. Приработку можно ускорить, применяя специальные
присадки, в присутствии которых рассмотренный процесс ускоряется.
Ребиндер Петр Александрович (1898-1972) — советский физикохимик, ос-
нователь физико-химической механики — науки о реологических свойствах
дисперсных систем и материалов. В 1924 г. окончил Московский университет и
работал в ряде институтов столицы. Основные работы лежат в области колло-
идной химии и поверхностных явлений. В 1928 г. открыл явление адсорбцион-
ного понижения прочности твердых тел, находящихся в напряженном состоя-
нии, в присутствии поверхностно-активных веществ. Это явление получило
название эффекта Ребиндера. Практическим применением э(|х])екта являются
методы, облегчающие обработку высокопрочных материалов, бурение,
измельчение руды перед обогащением и т. д.
Большой вклад в изучение процессов трения в граничном режиме внес
Рис. 116. Расположение трущихся пар при граничном трении
352
советский химмотолог Г. И. Фукс.
Фукс Григорий Исаакович (1911 — 1985) — советский физикохимик, специа-
лист в области коллоидной химии. В 1931 г. окончил Одесский химико-анали-
тический институт и с этого времени постоянно работал в области коллоидной
химии в различных институтах страны. С 1941 по 1944 г. был на фронте, а пос-
ле ранения в 1944 г. продолжил научную деятельность. Работая в НИИЧаспро-
мс (1950—1960-с годы), выполнил основополагающие исследования в области
механизма смазывающего действия при граничном режиме трения. Разработал
несколько новых марок смазочных масел, принимал участие в разработке
исследовательских методов и приборов.
Истинная площадь контакта трущихся тел (S) гораздо меньше, чем
геометрические размеры их поверхностей, и зависит от предела теку-
чести материала (J): 5 = Р/d, где Р— нагрузка. Поэтому в зоне контак-
та развиваются огромные температуры и давления. Они являются при-
чиной микросхватываний, при которых обнажается так называемая
ювенильная поверхность, обладающая высокой каталитической актив-
ностью. На ней протекают механохимичсские реакции, в которых
участвуют металл, компоненты смазочного вещества и кислород возду-
ха. Продукт механохимических реакций образуется в виде более-менее
прочной сервовитной пленки, покрывающей поверхность. Это явле-
ние используют для снижения износа. Можно подобрать такие добав-
ки к смазочному материалу, что сервовитная пленка будет обладать вы-
сокой прочностью и смазывающей способностью. Граничное трение
представляет собой наиболее распространенный вид трения в двигате-
ле. Оно также характеризуется коэффициентом трения, но меньшим,
чем при сухом трении, и составляющим 0,01—0,1.
В зависимости от конструкции узла трения детали могут скользить
или перекатываться друг по другу. Соответственно говорят о трении
скольжения и трении качения. Все, что было сказано выше о трении,
относится к трению скольжения. При качении деталей, например ша-
рика по плоской поверхности, обе детали деформируются за счет силы,
прижимающей их друг к другу. В местах контакта образуется своеобраз-
ный валик, который при движении приходится перемещать (рис. 117).
Энергия, затрачиваемая на перемещение валика, и есть трение каче-
ния. Коэффициент трения качения сравнительно мал и составляет
0,001-0,003.
Существует количественный параметр, позволяющий оценить ве-
роятность того или иного вида трения. Это так называемое число Зом-
мерфельда Z, пропорциональное вязкости масла и скорости перемеще-
ния трущихся тел и обратно пропорциональное силе, прижимающей
друг к другу трущиеся поверхности:
Z=t]17A
23 - 449
353
2
Рис. 117. Пояснения к трению качения:
1 — плоскость; 2 — шарик; 3 — валик
металла, образующийся при качении
шарика. Прямой стрелкой указано
направление силы, действующей на
шарик
Чем больше значение Z, тем больше вероятность жидкостного
трения.
Турбулентность — завихрения в потоке жидкости или газа, возни-
кающие из-за наличия препятствий или случайных флуктуаций свойств
потока. Это явление может быть полезным (для улучшения смесеобра-
зования в двигателе специально добиваются турбулентных потоков воз-
духа и топлива) или нежелательным (вихри, возникающие в жидкости
при перекачке по трубопроводу, отнимают часть энергии перекачки).
Возможность турбулентного течения жидкости, альтернативного лами-
нарному (равномерному), впервые была высказана российским ученым
Н. П. Петровым. Количественный параметр, характеризующий переход
течения жидкости от ламинарного к турбулентному, был предложен
О. Рейнольдсом. Этот параметр рассчитывается по формуле, учитываю-
щей плотность жидкости (г/), ее вязкость (v), скорость движения потока
(И и диаметр трубопровода (D): Re = dVD/v. Чем больше значение Re,
тем ближе к турбулентному движению. Переход от ламинарного движе-
ния к турбулентному происходит при Re, близком к 2500.
Энтропия — параметр состояния термодинамической системы.
Понятие энтропии возникло не сразу, а лишь после того, как теплотех-
ника накопила достаточное количество эмпирических данных и поя-
вились первые попытки их обобщения. Его сформулировал в 1865 г.
Р. Клаузиус, предложив энтропию в качестве одного из параметров со-
стояния системы. Этот параметр оказался очень полезен для теорети-
ческих и практических целей. Он входит в формулу, которая и являет-
ся математическим выражением второго начала термодинамики:
dS>8Q/T,
где dS — бесконечно малое изменение состояния системы; 8Q — эле-
ментарное количество тепла, затраченное при совершении работы;
а Г—абсолютная температура.
Если dS = 8Q/T, мы имеем дело с равновесными обратимыми
процессами, если dS> 8Q/T, то процесс необратим.
Клаузиус, Рудольф (1822—1888) — немецкий физик. Окончил Берлинский
университет, затем работал в ряде университетов Германии. Основные исследо-
вания посвящены термодинамике, кинетической теории газов, электричеству
354
и магнетизму. В 1850 г. предложил формулировку второго начала термодинами-
ки: «Теплота не может сама собою переходить от более холодного тела к более
теплому». В 1865 г. ввел понятие энтропии.
Второй закон термодинамики и понятие энтропии справедливы
только для изолированных систем, которым неоткуда ждать дополни-
тельной энергии. Если система сообщается с какой-либо другой систе-
мой, то за ее счет она может уменьшить свою энтропию. Однако сум-
марное количество энтропии обеих систем неизбежно увеличится.
Попробуем упростить понятие энтропии. Представим изолированное фи-
зическое тело (замкнутую термодинамическую систему), температура которого
повысилась на I градус. Для этого необходимо тепло в количестве Q. Легче все-
го получить тепло извне, но изолированному телу приходится обходиться
собственными ресурсами, если они есть — химическими или физическими ре-
акциями, протекающими с выделением тепла. Например, кусок урановой руды
медленно разогревается за счет распада нестабильных атомов урана. По мере их
распада способность руды производить тепло уменьшается и растет количест-
во энтропии. Когда все нестабильные атомы распадутся, энтропия достигнет
100%. Процесс необратим, поскольку радиоактивность атомов никаким нагре-
ванием не возвратить. В качестве другого примера представим систему сообща-
ющихся сосудов, в которые налита вода, причем ее уровень в сосудах различен.
Вода сразу же начнет перетекать из сосуда в сосуд. Процесс выравнивания
уровней означает увеличение энтропии системы. Если на пути перетекающей
воды поставить колесо, будет выполняться работа (рис. 118, а) до тех пор, пока
уровни не выравнятся (б), система потеряет способность совершать работу, и ее
энтропия достигнет 100%. Последний пример касается растворения присадки
в топливе. Бросим в сосуд с бензином кристалл антиоксиданта — ионола. Для
растворения ионола должна быть затрачена работа, которая может быть выпол-
нена самой системой. За счет сил межмолекулярного взаимодействия молеку-
лы углеводородов будут растаскивать кристалл до тех пор, пока он полностью
не растворится и не смешается равномерно с бензином. Протекание работы
описывается изменением концентрации ионола — от 100% на дне сосуда
(кристалл) до определенного значения, одинакового во всех точках сосуда. Вы-
равнивание концентраций, как и выравнивание уровней в сообщающихся со-
Рис. 118. Выравнивание уровней воды в сообщающихся сосудах (процесс
увеличения количества энтропии в системе). Пояснения в тексте
23*
355
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Справочные материалы
Таблица I
Условные обозначения дизелей по ГОСТ 4393-48
ч	Четырехтактный
д	Двухтактный
дд	Двухтактный двойного действия
р	Реверсивный
с	Судовой с реверсивной муфтой
п	С редукторной передачей
к	Крейцкопфный
н	С наддувом
г	[азовый с электрическим зажиганием
гж	Газовый с добавкой жидкого топлива
Таблица II
Маркировка дизелей, выпускаемых основными
европейскими фирмами
Тип двигателя	Зульцср, Швейцария	МАИ, Германия	Бурмейстер и Вайи, Дания	Фиат, Италия
Крейцкопфный	S	К	Т	С
Тронковый	Т	G	-	т
С газотурбонаддувом	А	С	в	S
С наддувом и раздельным					SS
выпуском газов				
Реверсивный	D	-	F	-
Двухтактный	-	-	V	в
Четырехтактпый	в	V	М	Е
Двойного действия	-	D	W	-
Вспомогательный	н	-	н	-
С продувочным насосом	р	-	-	-
С реверсредуктором	G	-	-	-
Стационарный	-	-	S	-
356
Таблица 111
Марки и требования к автомобильным бензинам по ГОСТ 2084-77
Показатель	А-72	А-76	АИ-91	А И-93	АИ-95
Детом а миомная стойкость: октановое число, не менее определяемое: моторным методом	72	76	82,5	85	85
исследовательским метолом	Не норми- руется	Не норми- руется	91	93	95
Массовое содержание свинца, г/дм3, не более	0,0(3	0,013	0,013	0,013	0,013
Фракционный состав:					
п.к (летний сорт)	35	35	35	35	35
10% (летний/зимний сорта)	70/55	70/55	70/55	70/55	75/55
50% (летний/зимний сорта)	H5/I00	115/100	115/100	115/100	120/105
90% (летний/зимний сорта)	I80/I60	180/160	180/160	180/160	180/160
к.к (летний/зимний сорта)	195/I85	195/185	205/195	205/195	205/195
Остаток в колбе, %, не более	1,5	1,5	1.5	1,5	1,5
Остаток и потери. %, не более Давление насыщенных паров бензина, КПа:	4	4	4	4	4
летнего, нс более	66,7	66,7	66,7	66,7	66,7
зимнего	66,7—93,3	66,7-93,3	66,7-93,3	66,7—93,3	66,7-93,3
Кислотность, мг KOH/IOO см3, не более	3	1	3	0,8	2
Содержание фактических смол, мг/100 см3, не более:					
на месте производства	5	5	5	5	5
на месте потребления	10	10	10	10	10
Индукционный период на месте производства, мин, не менее	600	1200	900	1200	900
Массовая доля серы,%, не более	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Таблица IV
Марки и характеристики автомобильных бензинов по ГОСТ Р. 51105-97
Показатель	Нормаль-80	Регуляр-91	Премиум-95	Супер-98
1	2	3	4	5
Плотность при 15°С, кг/м3 Детонационная стойкость:	700-750	725-780	725-780	725-780
ОЧИ, не менее	80	91	95	98
357
Окончание табл. IV
I	2	3	4	5
ОЧМ, не менее Массовое содержание свинца, г/дм3, не более Массовое содержание марганца, г/дм3, не более Содержание фактических смол, мг/100 см3. не более Индукционный период, мин, не менее Массовая доля серы, %, нс более Объемная доля бензола, %, не более Испытание на медной пластинке Цвет	76 0,01 50 5 360 0,05 5	82,5 0,01 18 5 360 0,05 5 Вилера Чистый, пр	95 0,01 5 360 0,05 5 сивает озрачный	98 0,01 5 360 0,05 5
Таблица V
Требования к автомобильным бензинам по ГОСТ Р. 51313-99
		1	Показатель	Тип бензина			
				1	11	III	IV
			Плотность при 15°С, кг/м3	700-750	725-780	725-780	725-780
		: '4	Детонационная стойкость:				
		д	ОЧИ, не менее	80	91	95	98
			ОЧМ, не менее	76	—	—	—
			Массовое содержание свинца, г/дм3, не более для бензина:				
			неэтилированного	0,013	0,013	0,013	0.013
			этилированного	0,17	-	-	-
		¥	Давление насыщенных паров, кПа Фракционный состав:	35-100	35-100	35-100	35-100
		J	90% перегоняется при температуре, °C, не выше	190	190	190	190
		*	конец кипения. ‘С, не выше	215	215	215	215
			остаток в колбе, %, не более	1,5	1,5	1,5	1.5
			Массовая доля серы, %, не более Объемная доля бензола, %, не более	0,1 5	0,05 5	0,05 5	0,05 5
358
Таблица VI
Марки и характеристики экспортных автомобильных бензинов
по ТУ 001165-97
Показатель	А-80	А-92	А-96
Плотность при 20”С, кг/м3, не более Детонационная стойкость:	755	770	770
ОЧИ. не менее	80	92	96
ОЧМ, не менее	76	83	85
Массовое содержание свинца, г/дм3, не более: неэтилированный / этилированный Фракционный состав, °C:	0,013/0,15	0,013/0,15	0,013/0,15
н.к., не ниже	35	35	35
10%, не выше	70	75	75
50%, не выше	120	120	120
90%, не выше	190	190	190
к.к., не выше	215	215	215
Остаток в колбе, %, не более	1,5	1,5	1,5
Остаток и потери, %, не более	4	4	4
Давление насыщенных паров бензина, кПа, не более	79,9	79,9	79,9
Кислотность, мг КОН/ЮО см3, не более	3	3	3
Содержание фактических смол, мг/ЮО см3, не более	5	5	5
Индукционный период на месте производства, мин, не менее	600	600	600
Массовая доля серы,%, не более	0,05	0,05	0,05
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более Содержание волы, механических примесей, водорастворимых кислот и щелочей	0,001	0,001 Отсутствие	0,001
Цвет	Бесцветный или бледно-желтый		
Докторская проба	Отрицательная		
Таблица VII
Требования к автомобильным бензинам в соответствии
с ГОСТ R51866 (EN-228)
Показатель	Бензин-регуляр (Регуляр Евро-92)	Премиальный бензин (Премиум Евро-95 и Супер Евро-98)
1	2	3
Октановое число, нс менее: моторный метол исследовательский метод	92 83	85 95
359
Окончание табл VII
I	2	3
Содержание свинца, мг/л, нс более	5	5
Плотность при 15°С, кг/м3	720-775	720-775
Содержание серы, мг/кг, не более	ISO	150
Период индукции, мин, не менее	360	360
Фактические смолы (после отмывки		
растворителем), мг/Ю0см3, не более	5	5
Коррозия меди (3 ч при 50°С)	Класс I	
Содержание, %, не более:		
олефинов	2I	18
ароматических углеводородов	42	42
бензола	1,0	1,0
кислорода	2,7	2.7
Содержание оксигенатов, %'.		
метанол	3	3
этанол	5	5
изопропиловый спирт	10	10
пзобутиловый спирт'	10	10
третбутиловый спирт	7	7
эфиры с числом атомов С 5 и более	15	15
другие	10	10
Кроме того, бензины подразделены на 10 классов по испаряемости. ГОСТ содержит
рекомендации по сезонному применению бензинов различных классов в регионах
России (субъектах Федерации).
Таблица VIII
Перечень методов и нормы квалификационной оценки
автомобильных бензинов1
№	Характеристики и показатели	Норма
1	2	3
1 2	Стендовые и дорожные детонационные испытания2: фактическое октановое число дорожное октановое число Распределение детонационной стойкости по фракциям: коэффициент распределения детонационной стойкости (КРДС) октановое число фракции, перегоняемой до 100"С	Не нормируется. Сравнивается с результатами испытаний эталона Для бензинов типа АИ-93 — нс менее 0,75 Для бензинов типа А-76 — не менее 0,80
360
Продолжение табл. VIII
1	2	3
3	Групповой состав бензинов (методом колоночной хроматографии), содержание, % (об.):	
	ароматических углеводородов	Не более 45
	олефиновых углеводородов	Нс более 25
4	Потери от испарения	Нс более 3% для бензинов летнего вида
5	Склонность к образованию паровых	Не нормируется. Сравнивается
	пробок:тем пера гура при соотношении пар / жид-	с результатами испытаний
	кость, равном 20	эталона
6	Химическая стабильность: сумма продуктов окисления (СПО)	Нс более 100 мг/100 см1
7	Коррозионная активность в условиях конден- сации воды: потеря массы стальной пластины	Не более 5 г/м2
8	Защитные свойства бензинов с присадками: изменение массы стальной пластины1	Нс более 1 г/м2
9	Склонность к образованию отложений во впускной системе: масса отложений	Не более 100 мг
10	Склонность к образованию отложений:	
	в карбюраторе, баллы	Не менее 7
	в камере сгорания	Не нормируется
	на впускном клапане, мг/ч	Не более 5
II	Антиобледенительные свойства: изопропиловый эквивалент2	Не менее I
12	Моющие свойства: время смывания отложений*	Не более 60 мин
13	Коррозионная агрессивность продуктов сгорания: коррозионное поражение пластинки- свидетеля2	Не более 2,5 у.е.
14	Содержание механических примесей	Нс более 0,005%
15	Содержание МТБЭ4	Для бензинов тина А-76 — не более 8%, для бензинов типа АИ-93 — нс более 11%
16	Фазовая стабильность: температура помутнения	Не выше —25°С для бензинов зимнего вида Нс выше — 5°С для бензинов летнего вила
17	Склонность к образованию паровых пробок:	Не ниже 60’С для бензинов
	температура при соотношении пар/жидкость.	зимнего вида. Не ниже 30°С
	равном 20	для бензинов лет него вида
18	Коррозионная активность: изменение массы	Не нормируется. Сравнивается
	свинцовой пластинки	с результатами испытаний эталона
361
Окончание табл. VIII
I	2	3
19	Совместимость с резинами: изменение набухания, вымывания резины и концентрация фактических смол	Не нормируется. Сравнивается с результатами испытаний эталона
20	Влияние на рабочие показатели двигателя2	Не нормируется. Сравнивается с результатами испытаний эталона
21	Удельная теплота сгорания2	Не нормируется. Сравнивается с результатами испытаний эталона
22	Эффективность применения в ДВС различных антидетонационных добавок раздельно от основного бензина	Не нормируется. Сравнивается с результатами испытаний эталона
'Опущены методы, связанные с определением свинцовых антидетонаторов, их
выносителей и метанола.
2Только по первому этапу.
3Для бензинов с защитными присадками.
4Методы с 15 по 22 относятся к бензинам с оксигенатами и другими компонентами
синтетического происхождения.
Таблица IX
Требования к авиационным бензинам по ГОСТ 1012-72
Показатель	Б-95/130	Б-91/115
I	2	3
Октановое число (м.м.), не менее:	95	91
Сортность, не менее	130	115
Концентрация тетраэтилсвинца, г/кг, не более: Фракционный состав, °C:	3,1	2,5
н.к., не ниже	40	40
10%, не выше	82	82
50%, не выше	105	105
90%, не выше	145	145
97,5%, не выше	180	180
остаток, %, не более Давление насыщенных паров, кПа (мм.рт.ст.):	1,5	1,5
не менее	33,3 (250)	29,3 (220)
не более	45.4 (340)	48 (360)
Кислотность, мг KOH/IOO см3, не более	0,3	0,3
Концентрация фактических смол, мг /100 см3, не более	4	3
Период стабильности, ч, не менее Массовая доля, %, не более:	12	12
серы	0,03	0,03
362
Окончание табл. IX
1	2	3
ароматических углеводородов	35	35
Низшая теплота сгорания. кДж/кг (ккал/кг), не менее	42947(10250)	42947(10250)
Температура начала кристаллизации, °C, не выше	-60	-60
Йодное число, г 1э/100 г бензина, нс более	6	2
Цвет	Желтый	Зеленый
Таблица X
V Нормы квалификационной оценки авиационных бензинов
№	Характеристики и показатели	Норма
1	Содержание ароматических углеводородов, %, не более	30
2	Потери от испарения, %, не более	2,0
3	Химическая стабильность, СПО, мг/100 см3, не более	40
4	Коррозионная активность в условиях конденсации воды, г/м-, не более	5,0
5	Содержание механических примесей, %, не более	0,003
6	Количество отложений во впускной системе, мг, не более	80
7	Суммарное содержание хлористых и бромистых выносителей, % от концентрации ТЭС в бензине, не менее	50
Таблица XI
Требования к реактивным топливам
Показатели	ТС-1 гост 10227-86	РТГОСТ 10227-86	Т-6 ТУ 38. 101629-82	Т-8В ТУ 38. 101560-80
1	2	3	4	5
Плотность при 20°С, кг/ м3, не менее Фракционный состав, °C:	780	775	840	800
н.к.	не выше 150	135-155	не ниже 195	не ниже 195
10%, не выше	165	175	220	185
50%, не выше	195	225	255	__
90%, не выше	230	270	290	—
98%, не выше Вязкость кинематическая, мм2/с:	250	280	315	280
при 20°С	не менее 1,3	не менее 1,25	не менее 4,5	не более 1,5
при —40°С	не более 8	не более 16	не более 25	не более 16
Низшая теплота сгорания, кДж/кг, не менее:	43120	43120	42900	42900
Высота некоптящего пламени, мм, не менее	25	25	20	20
363
Окончание табл. XI
1	2	3	4	5
Кислотность, мг KOH/IOOcm3, нс более: Температура, °C:	0,7	0,4-0,7	0,1	-
вспышки, не ниже	28	28	—	-
начала кристаллизации, не выше	-60	-55	-60	-50
Концентрация фактических				
смол, мг/ЮО см3, не более Содержание, %, не более:				
ароматических углеводородов	22	22	10	22
обшей серы	0,2	0,1	0,04	0,1
меркантановой серы	0,003	0,001	Отс.	0,001
нафталиновых углеводородов Термическая стабильность в статических условиях при 150°С:			0,5	2
содержание осадка, мг/ЮО см\ нс более:				
в течение 4 ч	8	-	-	
в течение 5 ч	-	-	6	6
в течение 8 ч	18	6	—	—
Удельная электрическая проводимость, пСм/м:				
при температуре заправки	не менее 50	не менее 50	—	не менее 50
при 20°С Йодное число, г 1,/100 г топлива, не более	не более 600 2,5	не более 600 0,5	0,8	не более 600 1
Зольность, %, не более	0,003	0,003	0,003	0,003
Таблица XII
Комплекс методов квалификационной оценки реактивных топлив
Характеристики и показатели	Норма	
	для ТС-1	для PT, Т-8В, Т-6
1	2	3
1. Термоокислительная стабильность в динамических условиях: на установке ДТС-1М: время забивки контрольного фильтра до предельного перепада давления, ч, не менее изменение перепала давления на контрольном фильтре за 5 ч испытания, кПа, не более	5 85	5 10
364
'и ’	Продолжение табл. XII
1	2	3
цвет отложений на оценочной т рубке за время испытаний, баллы, не более на установке ДТС-2: температура начала образования отложений, °C, не ниже индекс термостабилыюсти. не более скорость забивки контрольного фильтра, Па/мии, не более 2.	Термоокислительпая стабильность в условиях цирку- ляции при температуре 250°С на приборе ЦИТО-М6: скорость повышения температуры топлива, ”С/ч 3.	Противоизносные свойства: на лабораторном стенде с узлом трения Н Р-21Ф2: диаметр пятен износа шаров, мм, нс более или на приборе УПС-01: ОПИ, не менее или на приборе ПСТ-2: показатель износа 4.	Коррозионная активность в условиях конденсации воды: потеря массы образца за время испытания, г/м2, не более по отношению к бронзе ВБ-23НЦ по отношению к стали 5.	Коррозионная активность при повышенных температурах: потеря массы образца за время испытания, г/м2. не более по отношению к мели (ГОСТ 18598) по отношению к бронзе ВБ-23НП по отношению к меди (метод ВНИИНП) 6.	Воздействие на резины, применяемые в топливных агрегатах: по методу ЦИАМ: предел прочности, г/см2, не менее относительное удлинение. %, не менее по методу 25 НИИ МО РФ: количество этапов нагрева в приборе ЦИТО-С, после которых резина сохраняет работоспособность, не менее	2 80 6 500 Не опред. 3,5 Не пормир. Не пормир. 8 8 15 2,5 2,0 85 100 80	1 150 2 200 Опрел. Не нормир. 3.0-3.4 95 Не нормир. PT, Т8В - 8 Т-6 — 6 PT, Т8В - 8 Т-6—5 3 PT, Т8В - 2.5 Т-6 3 Не опред. 85 100 80
365
Окончание табл. XII
1	2	3
7. Воздействие на тиоколовый герметик, применяемый для герметизации баков:		
отношение твердости после испытаний к исходной, %, не менее	80	80
8. Люминометрическое число, не менее	55	РТ. Т8В - 50 Т-6 - 45
9. Характеристика сгорания:		
на однокамерной установке У-314 с испарительной форсункой (количество нагара, %, не более)	140	РТ - 140 Т8В - 180 Т-6 - 220
на однокамерной установке со струйной форсункой (количество нагара, %, нс более)		РТ - 4,5
	4,5	Т8В-6 Т-6-7
на установке УНТ-1:		РТ - 105
массовое нагарное число, не более	105	Т8В - 115 Т-6- 120
		РТ — 97
дымное число, нс более	97	Т8В - 107 Т-6 - 112
		РТ — 97
световое число, не более	97	Т8В- 107 Т-6 - 112
10. Стабильность при длительном хранении глубокогидроочищенных топлив:		
химическая стабильность по методу ЦИАМ (время.	Не опред.	Опред.
в течение которою концентрация ионола снижается до 0,002% мае., мин)		Не нормир.
прогнозирование изменения термоокислительной стабильности (время предварительного окисления	Не опрел.	Опред.
топлива при 100°С до полной забивки фильтра прибора иИТО-МС, сутки)		Не нормир.
		
содержание присадки ионол (индукционный период, мин, не менее)	Нс опред.	75
11. Удельная объемная электрическая проводимость, пСм/м, не более	К)	10
12. Содержание металлов (ванадия, кобальта.		
молибдена), %, не более		
Кроме того, при наличии в топливах противоводокристаллизационных жидкостей
проводится опенка их эффективности и влияния на конструкционные материалы и
герметики.
366
Таблица XIII
Требования к топливам для быстроходных дизелей (ГОСТ 305-82)
Показатели	Л	3	УФС
Цетановое число, не менее Фракционный состав, °C. не выше:	45	45	45
50%	280	280	290 До 360°С
96%	360	340	перегоняется нс менее 90%
Вязкость кинематическая при 20°С, мм3/с Температура вспышки, °C, не ниже	3-6	1,8-5,0	3,0-6,5
для дизелей общего назначения	40	35	40
для тепловозных и судовых дизелей Температура. °C, не выше:	62	40	61
застывания	-10	-35	0
помутнения Содержание, %:	-5	-25	5
серы меркаптановой серы	0,2-0,5	0,2-0,5 0,01	0,2-0,5 0,01
Кислотность, мг KOH/IOO см3, не более	5	5	5
Йодное число, г 1,/100 г топлива, не более	6	6	6
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,01
Коксуемость 10%-го остатка, %, не более	0,3	0,3	0,3
Коэффициент филыруемоети, не более	3	3	3
Плотность при 20”С, кг/ м-3, не более	860	840	860
Таблица XIV
Топливо дизельное автомобильное (EN-590)
(кроме арктических сортов) ТУ 38.401-58-296-2001
Показатели	Пределы	
	МИН.	макс.
1	2	3
Цетановое число Цетановый индекс Плотность при 15°С, кг/м3 Содержание: ПАУ, % 		51 46 820	845 II
i
367
Окончание табл. XIV
1	2		3	
серы, мг/кг	-			350
воды, мг/кг	-			200
Температура вспышки, °C	55			—
Коксовый остаток 10%. % мае.	—			0,30
Зольность, %	—			0,01
Общее загрязнение, мг/кг	-			24
Коррозионная агрессивность по от ношению к меди (3 ч при 50“С)		Класс 1		
Окислительная стабильность, г/м-’	—			25
Смазывающая способность (диаметр пятна износа при 60°С, мкм)	-			460
Вязкость при 40°С. мм -/с Фракционный состав:	2,00			4,50
до 25()°С перегоняется, % об.	-			65
до 350°С перегоняется, % об.	85			-
90% об. перегоняется при температуре, °C	-			360
По низкотемпературным свойствам топлива для умеренной зоны подразделяются n.i
6 сортов. Нормируется предельная температура фильтруемости от +5°С (сорт Л) но
-20°С (сорт F).
Таблица XV
Комплекс методов и нормы квалификационной оценки топлив
для быстроходных дизелей
Характеристики и показатели	Норма
I	2
1.	Содержание механических примесей 2.	Содержание адсорбционных смол 3.	Коррозионная активность в условиях конден- сации воды: потеря массы стальной пластины 4.	Стабильность в условиях длительного хранения: количество осадка концентрация фактических смол кислотность оптическая плотность 5.	Предельная температура фильтруемости 6.	Цвет на калориметре UHT 7.	Содержание ароматических углеводородов	Не более 0.001% Не более 3000 мг/100 см3 Не более И) г/м2 Не более 5 мг/100 см3 Не более 60 мг/100 см3 Не более 6 мг КОН/100 см3 Не более 3 Нс выше -35°С (3) Не выше 0°С (Л) Не более 2 баллов ЦНТ Не нормируется. Сравнивается с результатами испытаний эталона
368
Окончание табл. XV
1	2
8.	Склонность к образованию отложений на деталях форсунок: отложения на щелевом фильтре усилие извлечения иглы распылителя 9.	Термоокислительная стабильность (установка ЦИТО-М): скорость забивки фильтра 10.	Склонность к образованию отложений на нагретых поверхностях (установка ДТС-2): и нде кс те рмостабил ьности температура начала образования отложений скорость забивки фильтра 11.	Прокачиваемость при отрицательных температурах (на стенде с полноразмерными элементами системы питания): предельная температура прокачиваемости1 12.	Прокачиваемость и фильтруемость при положительных и отрицательных температурах на установке «Север»1: время фильтруемое! и предельная температура прокачиваемости предельная температура фильтруемости 13.	Оценка склонности к закоксовыванию распылителей форсунок на двигателе Д21 А: коэффициент закоксовывания распылителя с иглой коэффициент закоксовывания сопловых отверстий без иглы изменение удельного расхода топлива изменение дымности отработавших газов 14.	Индикаторные характеристики па установке ОД 9’: индикаторная мощность индикаторный расход топлива максимальное давление цикла период задержки воспламенения максимальная скорость нарастания давления газов в цилиндре 15.	Индикаторные характеристики на одноцилиндровой установке ОЦУ-4562: удельный расход топлива скорост ь нарастания давления э<]>фективная мощность максимальное давление никла	Не более 4 мг Не более 15 кг Не более 200°С/ч Не более 5 Нс ниже 90’С Не более 1500 Па/мнн Не нормируется. Сравнивается с результатами испытаний эталона Не нормируется. Сравнивается с результатами испытаний эталона Не нормируется. Сравнивается с результатами испытаний эталона Допустимые отклонения от результатов испытаний эталона: не более 5% не более 5% не более 5% не более 10% не более 10% Нс нормируется. Сравнивается с результатами испытаний эталона
1 Только no I этапу для топлив с депрессорными присадками.
- Только по I этапу.
24 - 449
369
Таблица XVI
Требования к печному бытовому топливу (ТУ 38.10156-87)
Показатель	Норма
Фракционный состав, °C:	
10%. не ниже	160
90%, не выше	360
Вязкость кинематическая при 20°С, мм2/с, не более	8
Температура вспышки. °C, не ниже	45
Температура застывания, °C, не ниже	-15
Содержание серы, %, не более	1,1
Кислотность, мг КОН/100 см\ не более	5
Зольность, %, не более	0,02
Коксуемость 10%-го остат ка, %, не более	0,35
Низшая теплота сгорания, кДж/кг, не менее	41000
Таблица XVII
Требования ГОСТ 10433-75 на газотурбинное топливо
Показатель	1 сорт'	11 сорт
Вязкость условная. °ВУ, не более	3	3
Зольность, %, нс более	0,01	0,01
Содержание, %, не более:		
механических примесей	0,02	0,03
ВОДЫ	0,2	0,5
серы	I	2,5
ванадия	0,0002	0,0004
Коксуемость, %, не более	3	3
Температура, °C:		
вспышки в закрытом тигле, нс ниже	65	61
застывания, не выше	5	5
Йодное число, г 1,/100 г, не более	20	45
Плот ность при 20°С, кг/ м', не более	935	935
Таблица XVIII
Комплекс методов и нормы квалификационной оценки
дистиллятных топлив для судовых газовых турбин, котлоагрегатов,
среднеоборотных и малооборотных дизелей
Характеристика и показатель	Норма
1	2
Удельная теплота сгорания Фракционный состав: температура, соответствующая заданному количеству перегоняемого продукта	Не нормир. Не нормир.
370

Окончание табл. XVIII
1	2
Содержание ароматических углеводородов Температура помутнения Содержание адсорбционных смол, мг/100 см3 Термоокислительная стабильность на приборе ТСРТ-2 (количество осадка, мг/ЮО см3, не более) Коррозионная активность (потеря массы пластинки, г/м3, не более) Содержание ванадия и натрия, % Коррозия металлов при контактировании с топливом и солёной водой на приборе Пинкевича, г/м3, не более) Стабильность при длительном хранении (количество нерастворимого осадка и смол, мг/100 см3, не более) Деэмульгируемость (количество воды, отстоявшейся за 20 мин, %, не менее) Изменение массы резины, %	Нс нормир. Не нормир. Не нормир. 80 10 Не нормир. 50 Не нормир. 95 Не пормир.
Таблица XIX
Требования к судовым топливам
Показатель	СМТ*	СВЛ**	свт**	СВС**
Вязкость условная, °ВУ, не более:				
при 20°С	2	-	-	-
при 50°С	5	-	-	-
при 80°С	-	-	8	16
Вязкость кинематическая, мм3/с при 20°С, не более	11,4	-	-	-
Цетановое число, не менее	40	-	-	-
Температура вспышки, °C , нс ниже:				
в закрытом г игле	62	65		-
в открытом тигле	—	—	90	100
Массовая доля, %, не более:				
серы	1,5	1-2,5	2-3,5	5
меркапгановой серы	0,025	-	-	
механических примесей	0,02	0.1	0,3	0.6
ВОДЫ	Следы	-	-	-
ванадия	-	0,01	0.02	0,04
Коксуемость, %, не более	0.2	7	15	22
Зольность,%, не более	0,01	0,05	0.12	0,15
Температура застывания, °C, не выше	-10	5	15	25
Плотность при 20°С, кг/м3, не более	890	965	995	1015
Йодное число. г1,/Ю0 г, не более	20	-	-	-
*ТУ 38.101567-87.
**ТУ 38.1011314-90.
24*
371
Таблица XX
Требования ГОСТ 1667-68В «Топлива моторные»
Показатель	ДТ	ДМ
Вязкость кинематическая при 50°С мм2/с, не более:	20	36
Соответствующая ей условная, °ВУ	2,95	5,0
Зольность, %, не более Содержание, %, не более:	0,02	0,04
механических примесей	0,1	0,12
ВОДЫ	0,1	0,5
серы	0,5	0,5
ванадия	0,01	0,015
Коксуемост ь, %, не более Температура, °C	3	3
вспышки в закрытом пиле, не ниже	70	65
застывания, нс выше	-5	-5
Плотность при 20”С, кг/ м3, не более	930	930
Таблица XXI
Требования к флотским и топочным мазутам
Показатель	Ф-5	Ф-12	40	100
1	2	3	4	5
Вязкость условная, °ВУ (соответствующая ей кинематическая, мм2/с, не более:				
при 50”С	5 (36,2)	12(89)	—	-
при 80”С	—	—	8(59)	16(118)
Вязкость динамическая при 0°С, Па с, не более	2,7	-	-	-
Зольность, %, не более Содержание, %, не более:	0,05	0,1	0,12	0,14
механических примесей	0,1	0,12	0,8	1,5
ВОДЫ	0,3	0,3	1,5	1,5
серы:				
для малосер н истого	-	-	1	1
для сернистого	2	-	2	2
для высокосернистого	-	—	3,5	3,5
Коксуемость, %, не более Температура, °C:	6	6	—	—
вспышки в закрытом (открытом) тигле, не ниже	80	90	(90)	(ПО)
застывания, не выше	-5	-8	10	25
372
Окончание табл. XXI
1	2	3	4	5
Низшая теплота сгорания, кДж/кг, (ккал/кг) не менее (показатель не браковочный): для малосернистого и сернистого для высокосернистого Плотность при 2(ГС, кг/ м3 . не более	41454 (9870) 955	41454 (9870) 960	40740 (9700) 39900 (9500) 965	40530 (9650) 39900 (9500) 1015
Таблица XXII
Комплекс методов и нормы квалификационной оценки остаточных
топлив для судовых газовых турбин, котлоагрегатов,
среднеоборотных и малооборотных дизелей
Характеристика и показатель	Норма
1.	Удельная теплота сгорания 2.	Фракционный состав: температура, соответствующая заданному количеству перегоняемого продукта 3.	Коксуемость 4.	Расслаиваемость: количество образовавшегося осадка, %, не более 5.	Стабильность и совместимость: толуольный эквивалент ксилольный эквивалент метод «пятна» метод флокуляции 6.	Термическая стабильность (изменение цвета поверхности гильзы, баллы) 7.	Плотность 8.	Содержание натрия и ванадия 9.	Коррозия металлов при контактировании с топливом и соленой водой на приборе Пинкевича, г/м2, не более 10.	Деэмульгируемость (количество отстоявшейся воды, %, за 20 мин, не менее)	Нс нормир. Не нормир. Не нормир. 10 Не нормир. Не нормир. Не пормир. Не нормир. 30 10
Таблица XXIII
Российская классификация смазочных масел по вязкости
Класс вязкост и	Вязкост ь при 4()°С, мм2/с
1	2
2	1,9-2.5
3	3,0-3,5
5	4.0-5.0
7	6,0-8,0
373
Окончание табл. XXIII
1	2
10	9,0-11,0
15	13,0-17,0
22	19,0-25,0
32	29,0-35,0
46	41,0-51,0
68	61-75
100	90-110
150	135-165
220	198-242
320	288-352
460	414-506
680	612-748
1000	900-1 ИХ)
1500	1350-1650
Таблица XXIV
Группы индустриальных масел по назначению
Группа по ГОСТ 17479.4-87	Группа по ISO 6741/0-81	Область применения
		Легконатруженные узлы (шпиндели.
Л	F	подшипники и сопряженные с ними соединения)
Г	Н	Гидравлические системы
н	G	Направляющие скольжения
т	С	Тяжелонагружеиныс узлы (зубчатые передачи)
Таблица XXV
Подгруппы индустриальных масел по эксплуатационным свойствам
Подгруппа	Состав, условия эксплуатации и рекомендуемая область применения
1	2
А	Масла без присадок; условия работы оборудования не предъявляют особых требований к антиокислительным и антикоррозионным свойствам масел
Б	Масла с антиокнелительпыми и антикоррозионными присадками; условия работы оборудования предъявляют повышенные требования к антиокислительным и антикоррозионным свойствам масел
С	Масла типа В с противоизносиыми присадками для оборудования, где имеются антифрикционные сплавы цветных металлов и условия работы которых предъявляют повышенные требования к противоизносным. антиокислительным и антикоррозионным свойствам масел
374
Окончание табл. XXV
1	2
д Е	Масла типа С с противозадирными присадками; условия работы оборудования предъявляют повышенные требования к противоизносным, противозадирным, антиокислительным и антикоррозионным свойствам масел Масла типа Д с противоскачковыми присадками; условия работы оборудования предъявляют повышенные требования к противоизносным, противозадирным, антиокислительным, антикоррозионным и противоскачковым свойствам масел
Таблица XXVI
Характеристики индустриальных масел общего назначения
без присадок (ГОСТ 20799-88)
Показатель	И5А	И8А	И12А	И20А	И30А	И40А	И50А
Плотность при 20°С. кг/м3, не более	870	880	880	890	890	900	910
Вязкость при 40°С, мм2/с	6-8	9-11	13-17	29-35	41-51	61-75	90-110
Кислотное число, мг КОН/г, не более Температура, °C:	0,02	0,02	0,02	0,03	0,05	0,05	0,05
вспышки в открытом тигле, не ниже	140	150	170	200	210	220	225
застывания, не выше	-18	-15	-30	-15	-15	-15	-20
Цвет, ед. ЦНТ, не более Стабильность против окисления;	1,0	1,5	1,5	2,0	2,5	3,0	4,5
прирашение кислотного числа, мг КОН/г, нс более	0,2	0,2	0,2	0,3	0.4	0,4	0,4
приращение смол, %, не более	1,5	1,5	1,5	2,0	3,0	3,0	3,0
Таблица XXVII
Характеристики масел серии ИГП
Показатель	И ГП-2 (для легконагружеп- ных высоко- скоростных механизмов)	ИГП-18 (для скоростных коробок передач и сред йена гру- женных редукторов)	ИГП-72(для гидравлических систем прессо- вого оборудо- вания, средне- нагруженных передач)	ИГП-152 (для тяжелонагру- женных передач)
1	2	3	4	5
Плотность при 20°С, кг/м3. не более	835	880	900	905
Вязкость при 40"С, мм2/с	3-3.5	24-30	110-125	288-352
375
Окончание табл. XXVII
I	2	3	4	5
Индекс вязкости, не менее	—	90	90	90
Температура вспышки в	90 (в открытом	176	220	230
закрытом тигле, °C, нс ниже Температура застывания, °C,	тигле) -15	-15	-15	-15
не выше				
Цвет, единиц ЦНТ, не более	1	3	5,5	6
Коксуемость, %, не более	—	0,25	0,45	0,75
Содержание цинка, %, не менее	0,04	0.04	0,04	0,04
Содержание серы, %, не более	0,4	0,9	1,0	1,4
Склонность к ценообразованию: стабильност ь пены, см3, нс более, при:				
24°С	-	50/5	50/5	100/5
94°С	-	50/5	50/5	50/5
24°С после испытаний	—	50/5	50/5	100/5
94°С				
Антикоррозионные свойства.	Огс.	Отс.	Отс.	Отс.
степень коррозии				
Таблица XXVIII
Классификация моторных масел по вязкости (ГОСТ 17479.1-85)
Класс	Вязкость при 100°С, мм2/с	Вязкость при -18°С, мм2/с
1	2	3
Зз	>4,1	<2600
4з	>3,8	<1250
5з	>5,6	<6000
6з	>5.6	<10400
6	5,6-7,0	—
8	7,0-9,5	—
10	9,5-11,5	-
12	11,5-13,0	—
14	13,0-15,0	—
16	15,0-18,0	-
20	18,0-23,0	—
Зз/б	7,0-9,5	<2500
Зз/8	5,6-7,0	<2600
4з/8	7,0-9,5	<2600
4з/Ю	9,5-11,5	<2600
5з/10	9,5-11,5	<6000
5з/12	11,5-13,0	<6000
5з/14	13,0-15,0	<6000
376
Окончание табл. XXVIII
I	2	3
6з/10	9,5-11.5	<10400
6з/!4	I3.O-I5.O	<10400
6з/16	15,0-18,0	<10400
Таблица XXIX
Классификация моторных масел по вязкости (ГОСТ 17479.1-85)
Класс вязкости	Максимальная вязкость, МПа с / при температуре, °C (норма введена с нюня 2001 г.)	Предельная температура 11 рокам иваемости, °C	Кинематическая вязкость, М.М-/С при 100°С	
			Не менее	Не более
Зимние классы				
	С июня 2001 г.			
0W	6200/ -35	-35	3.8	-
5W	6600/ -30	-30	3,8	-
I0W	7000/ -25	-25	4,1	-
I5W	7000/ -20	-20	5,6	-
20W	9500/-15	-15	5.6	-
25W	13000/ —10	-10	9,3	-
Летние классы				
20	—	-	5,6	9,3
30	—		9,3	12.5
40	—	—	12,5	16,3
50	-	-	16,3	21,9
Таблица XXX
Соотношение между классами SAE и российскими
Россия	SAE	Россия	SAE
Зз	5W	20	50
4з	I0W	Зз/8	5W/20
5з	I5W	4з/6	I0W/20
6з	20W	4з/8	10W/20
6	20	4з/10	10W/30
8	30	5з/12	I5W/30
10	40	5з/14	15W/40
12	30	6з/10	2OW/3O
14	40	6з/14	2OW/4O
16	40	6з/16	20W/40
377
Таблица XXXl'
Группы моторных масел по областям применения
Группа	Рекомендуемая область применения
А Б. Б2 в. В, Г, Г, д Е	Нефорсированные карбюраторные двигатели и дизели Малофорсированные карбюраторные двигатели, работающие в условиях, которые способствуют образованию высокотемпературных отложений и коррозии подшипников Малофорсированные дизели Среднефорснрованные карбюраторные двигатели, работающие в условиях, которые способствуют окислению масла и образованию всех втшов отложений Среднефорсированные дизели, предъявляющие повышенные требования к антикоррозионным, противоизносным свойствам масел и способности предотвращать образование высокотемпературных отложений Высокофорсированные карбюраторные двигатели, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, способствующих окислению масла, образованию всех видов отложений, коррозии и ржавлению Высокофорсированные дизели без наддува или с умеренным наддувом, работающие в эксплуатационных условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений Высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозионными и прогивоизносными свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений Лубрикаторные системы смазывания цилиндров дизелей, работающих на топливе с высоким содержанием серы
Таблица XXXII
Группы масел по классификации API
Группа масел по эксплуатационным свойствам	Рекомендуемые области применения
SA	Двигатели, работающие в легких условиях
SB SC	Двигатели, работающие при умеренных нагрузках Двигатели, работающие при повышенных нагрузках (модели, выпущенные до 1964 г)
SD	Двигатели, работающие в тяжелых условиях (модели, выпущенные до 1968 г)
SE	Двигатели, работающие в тяжелых условиях (модели, выпушенные до 1972 г)
SF	Двигатели, работающие в тяжелых условиях на неэтилированном бензине
CA	Двигатели, раболающие при умеренных нагрузках и на малосернистом топливе
CB	Двигатели без наддува, работающие при повышенных нагрузках и на сернистом топливе
CC	Двигатели (в том числе, с наддувом), работающие в тяжелых условиях
CD	Двигатели с высоким наддувом работающие в тяжелых условиях
378
Таблица XXXIII
Соответствие классификации России и API
Россия	API	Россия	API
А	SB	В,	СВ
Б	SC/CA	Г	SE/CC
Б,	SC	г.	SE
б2	CA	Г2	сс
В	SD/CB	д	CD
Б|	SD	Е	-
Таблица XXXIV
Соотношение между классификациями АСЕА и API
АСЕА	API
А-1	-
А-2	SH
А-3	SJ
В 1	-
В-2	CD
В-3	CF
В 4	-
Е-2	CF
Е-3	CF4
Е-4	CC4
Е-5	CH4
Таблица XXXV
Характеристика некоторых моторных масел группы Г
	М-5,/ЮГ,	М-6,/12Г1	М8Г,к	М10Г2к
Показатель		ТУ, гост		
	ТУ 38.1011080-86	ТУ 38.1010199-86	ГОСТ 8581-78	ГОСТ 8581-78
1	2	3	4	5
Вязкость кинематическая при 100°С, мм2/с Вязкость динамическая	10-11	>12	7,5—8,5	10,5-11,5
(при температуре, °C), МПа с, не более	2300 (-18)	4500 (-15)	—	—
Индекс вязкости, не менее	120	115	95	95
Щелочное число, мг КОН/г, не менее	5	7,5	6	6
Зольность сульфатная, %, не более	0,9	1,3	1,15	1,15
379
Окончание табл. XXXV
1	2	3	4	5
Содержание, %, нс более:				
механических примесей	0.015	0,015	0.015	0,015
ВОДЫ		Следы		
Температура, °C:				
вспышки в открытом тигле, не ниже	200	210	210	220
застывания, не выше	-38	-30	-30	-18
Коррозионность на пластинах из свинца, г/м2	Не нормир.		Отсутствие	
Стабильность по индукционному периоду осадкообразования, ч	Не нормир.	>30	>35	>50
Инет при разбавлении 15:85, ед ИНТ, не более Содержание активных элементов, %, нс менее:	5	7,5	3	3
цинка	0,12	0,10	0,05	0,05
кальция	0,20	0,23	0,19	0,19
фосфора	—	—	0,05	0,05
Моющие свойства по ПЗВ, баллы. не более	-	-	0,5	0,5
Термоокислительная стабильность при 250°С.	—	—	65	65
нс менее				
Степень чистоты, мг/100 i, не более	-	-	450	450
Плотность при 20‘С, кг/м3, не более	900	900	905	900
Таблица XXXVI
Комплекс методов квалификационной оценки масел
для автомобильных бензиновых двигателей и для автомобильных,
тракторных и комбайновых дизелей
Показатель	Метод оценки
1	2
1.	Вязкость кинематическая при 40 и 100°С 2.	Вязкость динамическая (для зимних и загущенных масел): на вискозиметре CCS на вискозиметре MRV 3.	Индекс вязкости 4.	Щелочное число	ГОСТ 33 ASTM D 5293 ASTM D4684 ГОСТ 25371 ГОСТ 11362
380
IM
Окончание табл. XXXVI
1	2
5.	Зольность сульфатная 6.	Массовая доля активных компонентов 7.	Испаряемость по NOAK (для зимних и всесезонных масел) 8.	Стабильность по индукционному периоду осадкообразования (ИПО) 9.	Коррозионность на пластинах из свинца 10.	Деструкция полимерных присадок на форсуночном стенде (аналог БОШ-инжектор)1 или сравнительная оценка с маслом-прототипом на установке УЗДН по ГОСТ 6794, или оценка деструкции путем определения вязкости при 100°С работавшего масла после 10 ч испытаний на установках Ренет, И КМ и дизелях Д-240, Д-245 11.	Защитные свойства против коррозии в камере влажности 12.	Склонность к ценообразованию и стабильность пены 13.	Совместимость с уплотнительными материалами (марки материалов — по особому заданию)2 14.	Антиокисл тельные свойства на установке ИКМ или на установке Petter W-1 15.	Антикоррозионные свойства: на установке Petter W-1 на установке ИКМ (метод ИКМ-40к) или дизеле Д-245 (продолжительность испытаний — 120 ч) 16.	Антипиттинговыс свойства (только для автомобильных двигателей): на стенде СИ-10 на стенде СКТ-НАМИ 17.	Моющие, антикоррозионные и противоизносные свойства (только для дизелей) 18.	Склонность к образованию высокотемпературных отложений на установке НАМИ-1М (для бензиновых двигателей) 19.	Склонность к образованию низкотемпературных отложений на установке НАМИ-1М (для бензиновых двигателей) 20.	Антифрикционные свойства на машине трения СМТ-1 (для энергосберегающих масел)	ГОСТ 12417 ГОСТ 13538 ГОСТ 9827 DIN 51581 ГОСТ 11063 ГОСТ 20502 СЕС L-14-A-78 Решение ГМК № 23/1-232 от 12.11.75 ASTM D-892 или ГОСТ 23652 ГОСТ 9.030 ГОСТ 20457 СЕС L-02-A-78 СЕС L-20-A-78 Протокол МВК от 12.04.93 Решение ГМК № 23/1-128 от 17.07.85 Решение ГМК № 23/1-251 от 25.11.81 Решение ГМК №540/1-11 от 28.01.91 ГОСТ 20991 ГОСТ 20994 Решение ГМК №540/1-175 от 17.10.90
‘Для загущенных масел. Испытания обязательны, но результаты не являются
браковочными.
2 Определяется при проведении приемочных испытаний.
I
Ь	381
Таблица XXXVII
Комплекс методов квалификационной оценки масел
для двухтактных бензиновых двигателей
Показатель	Метод опенки
1.	Вязкость кинематическая при 100°С 2.	Щелочное число 3.	Зольность сульфатная 4.	Массовая доля активных компонентов 5.	Массовая доля воды 6.	Моющие свойства на установке ПЗВ 7.	Плотность при 20°С 8.	Массовая доля механических примесей 9.	Противозадирные свойства на установке ИМЗ-2ТД 10.	Моющие и антинагарные свойства на установке ИМЗ-2ТД	ГОСТ 33 ГОСТ 11362 ГОСТ 12417 ГОСТ 13538 ГОСТ 9827 ГОСТ 2477 ГОСТ 5726 ГОСТ 3960 ГОСТ 6570 ТУ 38.401-42 ТУ 38.401-42
Таблица XXXVIII
Комплекс методов квалификационной оценки масел
для четырехтактных форсированных транспортных дизелей
Показатель	Метод оценки
1	2
1.	Вязкость кинематическая при 40 и 100°С 2.	Вязкость динамическая (для зимних и всесезонных масел): на вискозиметре CCS на вискозиметре MRV 3.	Индекс вязкости 4.	Щелочное число 5.	Зольность сульфатная 6.	Массовая доля активных компонентов 7.	Испаряемость по NOAK (для зимних и всесезонных масел) 8.	Стабильность по индукционному периоду осадкообразования (И ПО) 9.	Коррозионность на пластинах из свинца 10.	Деструкция полимерных присадок на форсуночном стенде (для загущенных масел) 11.	Защитные свойства против коррозии в камере влажности 12.	Склонность к ценообразованию и стабильность пены 13.	Антиокислительные свойства на установке ИКМ или на установке Piller W-1	ГОСТ 33 ASTM D 5293 ASTM D4684 ГОСТ 25371 ГОСТ 11362 ГОСТ 12417 ГОСТ 13538 ГОСТ 9827 DIN 51581 ГОСТ 11063 ГОСТ 20502 ТУ ВНИИНП или СЕС L- I4-A-78 Решение ГМК № 23/1-232 от 12.11.75 ASTM D-892 или ГОСТ 23652 ГОСТ 20457 СЕС L-02-A-78
382
Окончание табл. XXXVIII
1	2
14.	Трибологические характеристики на ЧШМ 15.	Антикоррозионные свойства: j на установке Pitler W-1 к на установке И КМ 16.	Моюшие и противоизносные свойства на установке ОД-9 17.	Моюшие свойства на установке ПЗВ: f по стандартной методике для масел группы В2 1 по ужесточенной методике для масел группы Г2 и Д	ГОСТ 9490 СЕС L-20-A-78 Протокол МВК от 12.04.93 Решение ГМК №23/1-203 от 20.12.84 ГОСТ 5726 Решение ГМК № 23/1-267 от 29.12.79
Таблица XXXIX
Комплекс методов квалификационной оценки масел
для судовых и тепловозных дизелей
Показатель	Метод опенки
1.	Вязкость кинематическая при 20,40 и 100°С 2.	Щелочное число 3.	Зольность сульфатная 4.	Содержание нерастворимых осадков 5.	Стабильность по индукционному периоду осадкообразования (ИПО) 6.	Коррозионность на приборе ДК-НАМ И 7.	Трибологические характеристики на ЧШМ 8.	Термоокислительная стабильность по методу Папок при 250°С 9.	Степень чистоты 10.	Моюший потенциал при 250 и 350‘С 11.	Моющие свойства на установке ПЗВ: по стандартной методике для масел группы В2 по ужесточенной методике для масел группы Г2 и Д 12.	Моющие свойства на установке ИМ-1 (в течение 120 ч) 13.	Окисляемость на установке ИКМ (в течение 120 ч) 14.	Склонность к образованию низкотемпературных отложений на установке НАМИ-1М (для бензиновых двигателей)	ГОСТ 33 ГОСТ 11362 ГОСТ 12417 ГОСТ 20684 ГОСТ 11063 ГОСТ 20502 ГОСТ 9490 ГОСТ 23175 ГОСТ 12275 ГОСТ 10734 ГОСТ 5726 Решение ГМК №23/1-267 от 29.12.79 ГОСТ 20303 ГОСТ 20457 ГОСТ 20994
383
Таблица XL
Комплекс методов квалификационной оценки масел
для авиационных поршневых двигателей
Показатель	Метод опенки
1.	Вязкость кинематическая при 0 и 20’С 2.	Трибологические свойства на ЧШМ 3.	Пепообразуюшис свойства 4.	Термоокислительная стабильность в объеме 5.	Испаряемость в чашечках 6.	Защитные свойства масла в камере Г-4 и при погружении 7.	Защитная способность при постоянном погружении в дистиллированную воду (для масел с рабоче-консервационными свойствами) 8.	Работоспособность на редукторной установке Ш-3 9.	Стойкость к воздействию кислорода воздуха при высоких температурах на установке УКМ-1 10.	Коррозионная агрессивность по методу ВИАМ (100-часовая методика) 11.	Склонность к образованию высокотемпературных отложений на «наклонной плите» 12.	Воздействие на уплотнительные резины 13.	Прогнозирование сроков хранения масел 14.	Динамическая вязкость на приборе «Рсотест» (ГОСТ 1929)	ГОСТ 33 ГОСТ 9490 ГОСТ 21058 ГОСТ 23797 ГОСТ 20354 ГОСТ 9.054 Решение ГМК № 23/1-134 от 27.06.79 Решение ГМК № 23/1-271 от 09.12.74 Решение ГМК № 23/1-271 от 09.12.74 Решение ГМК №23/1-114 от 11.10.77 Решение ГМК № 23/1-54 от 14 02.79 Решение ГМК №23/1-36 от 16.02.79 Решение ГМК №23/1-18 от 21.01.87 Решение ГМК №540/144 от 12.02.90
Таблица XLI
Комплекс методов квалификационной оценки масел
для авиационных газотурбинных двигателей и редукторов вертолетов
Показатель	Метод опенки
1	2
1. Вязкость кинематическая при максимальной рабочей температуре	ГОСТ 33
2. Трибологические свойства на ЧШМ	ГОСТ 9490
3. Термоокислительная стабильность	ГОСТ 23175
4. Термоокислительная стабильность в объеме	ГОСТ 23797
384
Окончание табл. XLI
1	2
5.	Фракционный состав масел (испарением) 6.	Степень чистоты 7.	Пепообразуюшис свойства 8.	Испаряемость в чашечках 9.	Защитные свойства в камере Г-4 и при погружении в электролит 10.	Работоспособность на редукторной установке Ш-3 11.	Склонность к образованию высокотемпературных отложений на «наклонной плите» 12.	Стойкость к воздействию кислорода воздуха при высоких температурах на установке УКМ-1 13.	Коррозионная агрессивность по методу ВИАМ (100-часовая методика) 14.	Совместимость с маслами 15.	Противопиттинговые свойства на установке УСМ-1 16.	Воздействие на уплотнительные резины 17.	Стабильность вязкости масел, содержащих загущающие присадки, на диспергаторе УЗДН 18.	Гигроскопичность (для полиэфирных синтетических масел) 19.	Гидролитическая стабильность (для полиэфирных синтетических масел) 20.	Содержание присадок методом тонкослойной хроматографии 21.	Прогнозирование сроков хранения масел	ГОСТ 8674 ГОСТ 12275 ГОСТ 21859 ГОСТ 20354 ГОСТ 9.054 Решение ГМК №23-1/271 от 09.12.74 Решение ГМК № 23/1-54 от 14.02.79 Решение ГМК № 23/1-271 от 09.12.74 Решение ГМК №23/1-114 от 11.10.77 Решение ГМК №23/1-22 от 01.02.79 Решение ГМК № 23/1-53 от 24.04.78 Решение ГМК № 23/1-36 от 16.06 79 Решение ГМК №23/1-5 от 07.01.75 Решение ГМК № 23/1-96 от 16.04.79 Решение ГМК № 23/1-257 от 26.12.80 Решение ГМК №23/1-4 от 05.01.78 Решение ГМК №23/1-18 ot2I.01.87
25 - 449
385
Таблица XLII
Классификация трансмиссионных масел по вязкости
(ГОСТ 17479.2-85)
Класс вязкости	Кинематическая вязкость, мм2/с при Ю0“С	Температура, при которой динамическая вязкость нс превышает 150 Па-с, °C, не выше
9	6,00-10,99	-45
I2	11,00-13,99	-35
18	14,00-24,99	— 18
34	25,00-41,00	-
Таблица XLIII
Классификация трансмиссионных масел по SAE
Класс вязкости	Минимальная кинематическая вязкость при 99°С, мм2/с	Температура, при которой динамическая вязкость не превышает 150 Па-с, °C, не выше
75W	4,2	—40
80W	7,0	-26
85W	11,0	-12
90	13,5 (24,0)'	-
140	24,0 (41,0)	-
250	41,0	-
'В скобках указана максимальная вязкость при 99°С.
Таблица XLIV
Соотношение между классификациями отечественной и SAE
Класс вязкости по ГОСТ 17479.2-85	Класс вязкости по SAE
9	75W
12	80W-85W
18	90
34	140
Таблица XLV
Группы трансмиссионных масел по условиям эксплуатации
Группа	Наличие присадок	Рекомендуемая область применения
1	2	3
ТМ-1 ТМ-2	Без присадок Противоизносные присадки	Цилиндрические, конические и червячные передачи, работающие при контактном давлении до 1600 МПа и температуре масла в объеме до 90°С Цилиндрические, конические и червячные передачи, работающие при контактном давлении до 2100 МПа и температуре масла в объеме до 120°С
386
Окончание табл. XLV
1	2	3
тм-з	Противозадирные присадки умеренной эффективности	То же, при контактном давлении до 2500 МПа и температуре масла в объеме до 150°С
ТМ-4	П ротивозадирн ые высокоэффективные присадки	Различные трансмиссии, включая гипоидные, работающие при контактном давлении до 3000 МПа и температуре масла в объеме до 150”С
ТМ-5	Противозадирные и противоизносные высокоэффективн ые присадки и м ног офу икниоиад ьн ые композиции присадок	Гипоидные передачи, работающие при контактном давлении более 3000 МПа, включая ударные нагрузки, и температуре масла в объеме до 150°С
Таблица XLVI
Соотношение между классификациями отечественной и SAE
Группа по ГОСТ 17479.2-85	Группа по API
ТМ-1	GL-1
ТМ-2	GL-2
ТМ-З	GL-3
ТМ-4	GL-4
ТМ-5	GL-5
Таблица XLVII
Соответствие стандартной и традиционной маркировок
трансмиссионных масел	
Стандартная маркировка	Традиционное обозначение
TM-I-I8	ТС-14,5; АК-15
ТМ-2-9	ТСп-ЮЭФО
ТМ-2-18	ТЭп-15
ТМ-2-34	ТС
ТМ-З-93	ТСп-8 »
ТМ-3-9	ТСп-10
ТМ-З-18	ТСп-15К;ТАп-15В -
ТМ-4-93	ТСз-9гип *
ТМ-4-18	ТСп-14гип *
ТМ-4-34	ТСгип -
ТМ-5-12з	ТМ-5-12РК .
ТМ-5-18	ТАД-17И .
25'
387
Таблица XLVII1
Характеристики некоторых трансмиссионных масел
Показатели	Нигрол летний (ТУ 38.101529-75)	ТАП-15В (ГОСТ 23652-79)	ТАД-17И (ГОСТ 23652-74)
Вязкость кинематическая, мм’/с, при температуре, °C:			
50	-	-	110-120
100	27-34	14-16	> 17,5
Вязкость динамическая при — 15°С, Па-с, не более	-	-	100
Индекс вязкости, не менее	-	—	100
Температура, °C:			
вспышки в открытом тигле, не ниже	180	185	200
застывания, не выше	-5	-20	-25
Содержание, %			
механических примесей	0,05	0.03	Отс.
воды	Следы	Отс.	Отс.
водорастворимых кисло! и щелочей	Отс.	Отс.	-
фосфора, не менее	-	-	0,1
серы	-	> 1,2	2,7-3,0
Испытание на коррозию пластинок из сзади и меди		Выдерживает	
Зольность. %, не менее	-	-	0,3
Кислотное число, мг КОН/г,			2
не более			
Склонность к ценообра- зованию, см3, нс более:			
при 24”С	-	-	100
при 100°С Смазывающие свойства на ЧШМ:	—	—	50
ср. диаметр пятен износа при нагрузке 392 Н при 25°С, 1 ч, мм, не более	-	-	0,4
нагрузка сваривания, Н, не менее	-	3283	3687
индекс задира, нс менее	-	50	58
Цвет, ед.ННТ, не более	-	—	5
Плотность при 20°С, кг/м3, не более	970	930	907
388
Таблица XLIX
Комплекс методов квалификационной оценки автотракторных
трансмиссионных масел
Показатель	Метод опенки
1.	Вязкость динамическая при низкой температуре 2.	Стабильность вязкости (для масел с вязкостными присадками) 3.	Противозадирные свойства па шестеренчатом стенде IAE 4.	Трибологические свойства на ЧШМ 5.	Противоизносные свойства на шестеренчатом стенде АТ-6 6.	Противоизносные свойства масел для гидрообъемных передач (для масел, используемых в гидрообъемных передачах) 7.	Ускоренные испытания защитных свойств 8.	Коррозионное воздействие на медь 9.	Физическая стабильность 10.	Совместимость трансмиссионных и редукторных масел 11.	Испытания резины в ненапряженном состоянии на стойкость к воздействию жидких агрессивных сред 12.	Воздействие масел на натурные резиновые сальники (для тракторных масел) 13.	Склонность к пепообразованию 14.	Противопиттииговые свойства 15.	Комплексная опенка смазывающих свойств (противопиттинговых, противозадирных, противоизносных)	ГОСТ 1929, раздел 11 Решение ГМК №23/1-5 ог 07.01.75 Решение ГМ К №23/1-232 от 12.11.75 ГОСТ 9490 Решение ГМК от 22.06.70 (Протокол № 6) Решение ГМК №23/1-17 от 09.01.84 ГОСТ 9.054 ГОСТ 2917 Решение ГМК №23/1-72 от 17.03.80 Решение ГМК №23/1-105 от 10.04.80 ГОСТ 9.030 Метод HAT И ГОСТ 23652 или ASTM D-892 Решение ГМК №23/1-7 от 07.01.85 Решение ГМК №23/1-123 от 15.07.86
Таблица L
I Комплекс методов квалификационной оценки трансмиссионных
масел для гусеничной техники
Показатель	Метод оценки
1	2
1.	Вязкость кинематическая при 50 и 100°С и при максимальной рабочей температуре 2.	Вязкость динамическая при скорости сдвига 6,31 с-1 и через каждые 10°С от 0 до температуры застывания масла, указанной в нормативном документе 3.	Определение корродирующего действия на металл по изменению веса металлической пластинки	ГОСТ 33 ASTM D 5293 ASTM D4684 Решение ГМК №23/1-60 от 18.07.75
389
Окончание табл. L
1	2
4.	Защитные свойства против коррозии в присутствии влаги: коррозионное поражение по балльной системе 5.	Вспениваемость: удельный объем масла коэффициент устойчивости пены 6.	Совместимость с резиной: изменение массы и объема резины при воздействии масел в течение 72 ч при 125 и/или 150°С 7.	Совместимость с другими маслами по свойствам смесей масел в соотношениях 9:1, 1:1 и 1:9, а также исходных масел 8.	Физическая стабильность при хранении в присутствии влаги: смазочные свойства масел, подвергнутых нагреванию, охлаждению и центрифугированию 9.	Стабильность вязкости: относительное снижение вязкости при оценке на установке УЗДН-1 или УЗДН-2Т в течение 1 ч 10.	Термоокислительная стабильность на приборе ДК-2-НАМИ 11.	Термоокислительная стабильность па шестеренной установке ТОМ по увеличению вязкости и образованию веществ, не растворимых в петролейном эфире и бензоле 12.	Определение трибологических свойств па ЧШМ: показатель износа шариков критическая нагрузка до заедания нагрузка сваривания индекс задира >3. Противозадирные свойства на шестеренчатом стенде 1АЕ: удельная нагрузка заедания шестерен 14.	Работоспособность в натурных трансмиссиях 15.	Противоизносные свойства в зубчатых передачах на модельном стенде испытаний шестерен по износостойкости зубчатого зацепления, состоянию поверхности зубьев и изменению физико- химических свойств масел 16.	Противоизносные свойства в дисках трения: по износостойкости, фрикционным свойствам и состоянию дисков трения	ГОСТ 9.054 ГОСТ 21058 ГОСТ 9.030 Решение ГМК №23/1-105 от 10.04.80 Решение ГМК №23/1-72 от 17.03.80 Решение ГМК №23/1-5 о г 07.01.75 Решение ГМК №23/1-268 от 29.12.79 Решение ГМК №23/1-272 от 09.12.74 ГОСТ 9490 Решение ГМК № 23/1-232 от 12.11.75 Решение ГМК № 23/1-272 от 09.12.74 Решение ГМК № 23/1-272 от 09.12.74 Решение ГМК №23/1-114 от 27.05.74
390
Н	Таблица LI
Индексы групп смазок по назначению
Группа	Подгруппа	Индекс	Область применения
Антифрнк-	Общего назначения для	С	Узлы трения с рабочей температурой
ционные	обычных температур (солидолы)		до 70°С
	Общего назначения для повышенных температур	О	Узлы трения с рабочей температурой до 110“С
	Многоцелевые	м	Узлы трения с рабочей температурой от -30 до 130°С в условиях повышенной влажности среды
	Термостойкие	ж	Узлы трения с рабочей температурой до 150°С и выше
	Морозостойкие	н	Узлы трения с рабочей температурой до —40°С и ниже
	Противозадирные и противоизносные	и	Подшипники качения при контактных напряжениях выше 2500 МПа и подшипники скольжения при удельных нагрузках выше 150 МПа
	Химически стойкие	X	Узлы трения, контактирующие с агрессивными средами
	Приборные	п	Узлы трения приборов и точных механизмов
	Редукторные	т	Зубчатые и винтовые передачи всех видов
	Приработочные	д	Облегчение сборки деталей узлов, ускорения обкатки, предотвращение износа и задиров
	Узкоспециализиро- ванные	У	Узлы трения, работающие в условиях, не предусмотренных выше
	Брикетные	Б	Использование смазки в виде брикетов
Консерва- ционные		3	Узлы и механизмы, кроме стальных канатов и случаев, требующих применения специальных конссрвапионных средств
Канатные		к	Стальные канаты, тросы и органические сердечники стальных канатов
Уплотни- тельные	Армазурные	А	Запорная армазура и сальниковые устройства
	Резьбовые	Р	Резьбовые соединения
	Вакуумные	В	Подвижные соединения и уплотнения, работающие в вакууме
391
Таблица Lil
Обозначение типа загустителя пластичных смазок
Загустители	Индекс
Мыла:	М
алюминиевое	Ал
бариевое	Ба
кальциевое	Ка
литиевое	Ли
натриевое	На
свинцовое	Св
цинковое	Цн
комплексное	кМ
смеси мыл	Mj+M,
Твердые углеводороды	т
Органические вещества:	О
пигменты	Пг
полимеры	Пм
уреаты	Ур
фторугле водороды	Фу
Неорганические вещества:	Н
ГЛИНЫ	Бн
сажа	Сж
силикагель	Си
Таблица LIII
Индекс дисперсионной среды и наличия добавок
Дисперсионная среда	Индекс
Нефтяное масло	и
Синтетические углеводороды ратного строения	У
Кремни йорганические жидкости	к
Сложные эфиры	Э
Галоге ну где водороды	ж
Фторсилоксаны	ф
Перфторалкилполиэфиры	а
Прочие жидкости	п
Твердые добавки	
Графит	г
Дисульфид молибдена	Д
Порошок свинца	с
Порошок меди	м
Порошок цинка	ц
Прочие	т
392
Таблица LIV
Классификация NLGI пластичных смазок по пенетрации
Класс	Значение пенетрации
ООО	445-475
00	400-430
0	355-385
1	310-340
2	265-295
3	220-250
4	175-205
5	130-160
6	8-115
Таблица LV
Обязательные показатели оценки пластичных смазок
по ГОСТ 4.23-83
(Не относятся к смазкам с немыльными загустителями)
Показатель	Антифрикционные				Консерва- ционные	Канат- ные	Уплотни- тельные
	Для обыч- ных тем- ператур	Термо- стойкие	Многоце- левые	Противо- износные и противо- задирные			Арматур- ные
1	2	3	4	5	6	7	8
Вязкость Предел прочности на сдвиг Содержание воды Коррозионное воздей- ствие на металлы Содержание механи- ческих примесей Смазывающие свойства Механическая стабильность Коллоидная стабильность Испаряемость Стабильность против окисления Термоупрочнение Защитные свойства	+ + + + +	+ + + + + + + + +	+ + + + + + + +	+ + + + + +	II++ +	1	1	1111 +	+ + + + + 4-	+ + + +
393
Окончание табл. LV
1	2	3	4	5	6	7	8
Содержание свободных щелочей и кислот		+	+	-	+	-	+
Кислотное число Содержание	-	-	-	-	+	-	-
водораствори м ых щелочей и кислот	-	-	-	-	+	+	-
TeMnepaiypa каплепадения	+		+	+	+	+	-
Пенетраиия	+	+		+	-	-	-
Таблица LVI
Комплекс методов квалификационной оценки
пластичных смазок общего назначения
Показатель	Метод опенки
1.	Температура каплепадения (обязательна для мыльных и углеводородных смазок) 2.	Предел прочности при сдвиге 3.	Эффективная вязкость (для мыльных смазок) 4.	Коллоидная стабильность 5.	Испаряемость 6.	Стабильность против окисления (для мыльных смазок) 7.	Механическая стабильность 8.	Термостойкость 9.	Смываемость водой 10.	Содержание механических примесей 11.	Содержание свободных щелочей и органических кислот (для мыльных смазок) 12.	Пенетраиия 13.	Трибологические свойства на ЧШМ 14.	Работоспособность в микрослое на стенде «МК» (для смазок, используемых в подшипниках качения) 15.	Совместимость	ГОСТ 6793 ГОСТ 7143 ГОСТ 7143 ГОСТ 7142 ГОСТ 9566 ГОСТ 5734 ГОСТ 19295 ГОСТ 7143 Решение ГМК № 23/1-231 от 11.10.77 ГОСТ 6479 ГОСТ 6707 ГОСТ 5346 ГОСТ 9490 Решение ГМК №23/1-188 от 27.09.89 Решение ГМК №23/1-190 от 22.11.84
394
Таблица LVII
Комплекс методов квалификационной оценки
охлаждающих жидкостей
Показатель	Метод оценки
1.	Внешний вид 2.	Плотность 3.	Температура начала кристаллизации 4.	Фракционные данные 5.	Коррозионная агрессивность 6.	Вспениваемость 7.	Совместимость с резинотехническими материалами 8.	Водородный показатель pH 9.	Щелочность 10.	Устойчивость к жесткой воде 11.	Эксплуатационные свойства на лабораторной безмоторной установке	ГОСТ 28084 ГОСТ 18995.1 ГОСТ 28084 ГОСТ 28084 ГОСТ 28084 ГОСТ 28084 ГОСТ 9.030 ГОСТ 22567.5 ГОСТ 28084 ГОСТ 28084 Решение ГМ К №23/1-187 от 20.11.86 или ASTM D-2570
Таблица LVIII
Комплекс методов квалификационной оценки
тормозных жидкостей
Показатель	Метод оценки
1.	Внешний вид 2.	Вязкость кинематическая при 50, 100 и —40°С 3.	Температура кипения «сухой» жидкости 4.	Температура кипения «увлажненной» жидкости 5.	Стабильность при высокой температуре 6.	Испаряемость 7.	Совместимость с резинотехническими материалами 8.	Водородный показатель pH 9.	Коррозионная агрессивность 10.	Противоизносные свойства на приборе МТ-25 11.	Работоспособность на стенде, имитирующем работу гидропривода тормозов автомобиля	ГОСТ 2706.1 ГОСТ 33 Решение ГМК № 23/1-239 от 06.11.81 SAEj-1703 SAEj-1703 SAEj-1703 ГОСТ 9.030 ГОСТ 22567.2 SAEj-1703 Решение ГМК №23/1-156 от 20.06.76 Решение ГМК от 23.10.85 (протокол № 2)
395
Таблица LVIV
Группы масел по классификации API (новая классификация)
Группа масел по эксплуатационным свойствам	Рекомендуемые области применения
Категория S (Service) — для бензиновых двигателей
SJ	Масла для бензиновых двигателей автомобилей, выпущенных после 1994 года с ужесточением требований к расходу масла, наличию энергосберегающих свойств и способности выдерживать нагрев, не образуя отложений
SL	Масла с повышенными эксплуатационными свойствами, предназначенные для длительной бессменной работы в бензиновых двигателях новых моделей
Категория С (Commercial) — для дизельных двигателей
CF	Масла для дизелей внедорожной техники, имеющих разделенную камеру сгорания и раболающих на топливе с повышенным содержанием серы (до 0,5%)
CF-4	Масла для четырехтактных двигателей грузовых автомобилей, осуществляющих перевозки по автострадам.
CF-2	Масла для двухтактных двигателей транспортных средств
CG-4	Масла для четырехтактных двигателей внедорожной техники и грузовых автомобилей, выполняющих по токсичным выбросам нормы, установленные в США с 1994 г.
СН-4	Масла для длительной работы в четырехтактных автомобильных дизелях в условиях интенсивного загрязнения масла частицами сажи и выполняющих экологические нормы по содержанию твердых частиц и оксидов азота в отработавших газах, введённые в США с 1998 г.
396
Приложение 2
< Перевод нестандартных мер в единицы СИ
До появления метрической системы, которая явилась фактически
первым мировым стандартом в области измерений, в каждой стране
развивались свои системы мер. Часто они были основаны на букваль-
ном понимании высказывания о том, что «человек — мера вешей», и
представляли собой так называемые натуральные меры. Например,
единица длины фут представляла собой длину стопы человека. В Анг-
лии таким человеком был король. Натуральные меры не могли быть
строго определенными величинами. Менялись короли — менялась и
величина фута. Наконец, со временем величины натуральных мер за-
фиксировались, хотя в разных местностях по-разному. Этим объясня-
ются разные значения фута, фунта, барреля и пр. в разных странах.
Впервые величины натуральных мер были узаконены в 1101 г. английс-
ким королем Генрихом 1.
В октябре 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам вве-
ла новую международную систему мер, получившую название СИ. С 1
января 1963 г. эта система была принята и в СССР. Переход на СИ был
необходим для областей деятельности человека, связанных со сверх-
точными измерениями. Однако, в обыденной жизни и ряде практичес-
ких наук, в частности химмотологии, оказалось, что без СИ можно
прекрасно обойтись. Поэтому, несмотря на многочисленные попытки
сторонников полного перехода на СИ, этого сделать не удалось. Мно-
гие страны, прежде всего, англоязычные, с успехом используют не
только старую метрическую систему, но и более традиционные немет-
рические меры.
Длина
1 дюйм (ширина большого пальца руки при его основании) (inch) =
2,54 см;
I фут (длина человеческой стопы) (foot) = 12 дюймов = 30,48 см.
(
Площадь
1 кв. дюйм — 6,45 см2;
1 1 кв. фут — 0,093 м2.
Объем
I баррель нефтяной (bbl) ~ 42 галлона США ~ 35 имперских галло-
нов = 158,99 л (на заре нефтедобычи в США нефть измеряли в бочках,
баррелях);
	1 бушель (bushel), мера объема сыпучих тел, например зерна, ис-
пользуемого для выработки спирта: англ. — 36,37 л; амер. — 35,24 л.
397
1 галлон (объем вмещающий 10 фунтов воды) (gallon) США —
3,785 л;
1 галлон (gallon) имперский (Англия) — 4, 546 л;
1 унция жидк. (fl. oz.) США — 29,574 мл;
1 cu ft (куб. фут) = 0,0283 м3.	|
Масса	al
1 фунт (вес 1280 ячменных зерен, вынутых из шелухи и
высушенных) (libra, lb) - 453,6 г.
Плотность
1 lb/cu ft (1 фунт/куб. фут) = 0,016 г/см3;
°АР1 = 131,5/г/1515 — 131,5;
dI5l5= 141,5 / (°АР1 + 131,5).
Концентрация
1 1Ь/1000 bbl (1 фунт на 1000 баррелей) ~ 4 млн~*.
Давление
1 psi (pound/square inch) - 0,07 кг/см2, 70 Па;
I кг/м2 = 9,81 Па;
1 кг/см2 = 1 бар = 98100 Па;
1 мм рт. ст. = 1 тор = 133 Па.
Температура
Переход из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия и наоборот:
°С = (Т-32)/1,8;
Т= 1,8°С + 32.
Мощность
1 л.с. = 735,5 Вт (тяговая мощность, развиваемая очень сильной ло-
шадью; средняя мощность обычной лошади ~ 0,4 л.с. При появлении
первых машин их стоимость оценивали, сравнивая по работоспособ-
ности с основной тягловой силой — лошадьми. Разумеется, владельцы
животных старались занизить цену машины и для «соревнования» под-
бирали особо сильных лошадей.)
Энергия
1 кал = 4,213 Дж (количество тепла, необходимое для нагрева 1 г
воды на ГС);
1 БТЕ (Британская тепловая единица) = 1054,8 Дж = 252 кал.
398
Приложение 3
Основные периодические издания, в которых
рассматриваются вопросы химмотологии
1.	Химия и технология топлив и масел. Издается с января 1956 г. под
названиями: Химия и технология топлива (1956—1957), Химия и техно-
логия топлива и масел (1957), Химия и технология топлив и масел
(с 1958 г.). В настоящее время издается издательством «Нефть и таз»
(РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина). 117917, Москва, Ленинский
просп., 65, к. 2). Тел. (095) 135-8406, 930-9711.
2.	Нефтепереработка и нефтехимия. Издается с 1961 г. ЦНИИТЭ-
нефтехим под названиями: Новости нефтяной и газовой техники.
Нефтепереработка и нефтехимия (1961—1963), Нефтепереработка и
нефтехимия (1963—1975), Нефтепереработка, нефтехимия и сланцепере-
работка (1976—1979), Нефтепереработка и нефтехимия, сланцеперера-
* ботка (1980—1987), Нефтепереработка и нефтехимия (с 1988). 113035,
Москва, ул. Болотная, 12. Тел. (095) 233-0527.
3.	Автомобильная промышленность. Издается с 1946 г. издательством
«Машиностроение» под названием Автомобильная промышленность
(первые два номера), Автомобильная и тракторная промышленность (с
№ 3 1946 по 1967), Автомобильная промышленность (с 1968). 107076,
Москва, Стромынский пер., 4, к. 208 и 210. Тел. (095) 269-5498, факс
(095) 269-4897, e-mail: mash.publ@g23.relcom.ru.
4.	Автомобильный транспорт. Издается с 1941 г. (Преемник журнала
«Мотор», издававшегося в 1923-1940 г.). 103051, Москва, Лихов пер.,
д. 3, стр. 1. Тел. (095) 209-2778, 200-2955, 209-2516, факс 299-9432.
5.	Двигателестроение. Издается с января 1979 г. ЦНИДИ. 196158,
С.-Петербург, Московское шоссе, 25. Тел. (812) 448-6581.
6.	Промышленная энергетика. Издается с августа 1944 г. 109280,
Москва, ул. Ленинская слобода, 23. Тел. (095) 921-6604, 921-1365. Факс
921-6604, e-mail: tis@mail.magelan.ru, http://www.energia.iournal.ru.
Г 7. Мир нефтепродуктов. Издается с 1999 г. 111116, Москва,
> Авиамоторная, 6. Тел. (095) 361-4651.
8.	Наука и технология углеводородов. Издается с апреля 1998 г. 111116,
Москва, Авиамоторная, 6. Тел./факс (095) 361-1195.
9.	Нефтегазовые технологии (В 1969—? г. — Нефть, газ и нефтехимия
за рубежом). Издается с 1969 г. издательством «Недра» как перевод-
дайджест журналов США. В настоящее время публикуются и
399
отечественные работы. 109029. Москва. Автомобильный проезд, 9.
Тел. 146-7956; 504-3138. http://. E-mail: cataloR-publ@nitu-net.ru.
10.	Горюче-смазочные материалы (виртуальный журнал). Издается с
ноября 2000 г. ЗАО «Академия прикладных исследований» на сайте
www.apris.ru. 197136, С.-Петербург, ул. Вс. Вишневского, 4. Тел. (812)
237-0457, 346-2450, факс (812) 237-0445. E-mail: apris@apris.ru.
II.	Нефтехимия. Издается с 1961 г. РАН. 117912, ГСП-1, Москва,
Ленинский просп., 29 (Институт нефтехимического синтеза). Тел. (095)
955-4308, 925-4325, 925-4236, факс (095) 952-2072. e-mail:
pet roch@ips.ac. ru.
12.	Oil & Gas Journal. США. Издается с 1902 г. Тел. (713) 621-9720,
Факс (713) 963-6285. http://www.ogionline.com.
13.	MTZ: Motortechnische Zeitschrift (ФРГ). Издается с 1939 г. Тел.
49 (0) 6 11-48 78-342; факс 49 (0) 6 11-78 78-462; http://www.atz-mtz.de;
e-mail: w7pfeiffer@aol.com.
15.	NLGI Spoksman (США). Издается с 1937 г. Национальным
институтом инженеров-смазчиков (США) и является единственным в
мире журналом, посвященным исключительно пластичным смазкам.
Тел. (816) 931-9480; факс (816) 753-5026; http://www.nlgi.com; e-mail:
nlgi@sound.net.
16.	Erd I und Kohle. Erdgas — Petrochemie (ФРГ). Издается с 1962 г.
Первоначальное название: Erd I und Kohle.
17.	Erd I, Erdgas = The oil and gas mountly. (Австрия/ Издается под
разными названиями с 1883 г. в Гамбурге, с 1985 — в Вене.
18.	Revue de I’lnstitut Fran a is du Petrol — Oil and Gas Science and
Technology (Франция). Издается с 1946 г. Тел. (33) I 47 52 6000, факс
(33) 1 47 52 7000, e-mail: patrick.boisserpe.@ifp.fr; http://www.ifp.fr.
19.	Rivista deicombustibili (Италия). Издается с 1947 г. Тел. (02) 516041;
факс (02) 514286, e-mail: mail@ssc.it.
20.	Fuel (Fuel in science and practice) (Великобритания).Издается c
1932 r.
400
Приложение 4
'•Ь	Ц
1,1 Краткий русско-английский словарь
;химмотологических терминов и выражений
-и
Словарь предназначен для читателей англоязычной литературы по
химмотологии, достаточно хорошо знакомых с английским языком.
С целью экономии места такие слова, как adsorbent, vacuum и пр., пере-
вод которых очевиден, в словарь не включены. Из двух вариантов на-
писания терминов (например, advance angle и angle of advance) принят
во внимание какой-либо один. При составлении словаря использована
специальная научно-техническая литература, а также англо-русские и
русско-английские словари по смежным с химмотологией отраслям
знаний.
Ability: adhesive ability — адгезионная способность; absorbing (absorp-
tive) ability — абсорбционная способность; breaking ability — тормозная
способность; cold starting ability —способность к холодному пуску; emul-
sifying ability — эмульгирующая способность; hauling ability — тяговая
способность; oil-retaining ability — способность удерживать смазочный
материал; pulling ability -- тяговая способность; sealing ability — уплотня-
ющая способность; sludging ability — склонность масел к образованию
осадков; wetting ability — смачивающая способность
Accelerate — ускорять
. Accuracy — точность
я Acid: fatty acid — жирная кислота; green acid — водорастворимая
.сульфоновая кислота (получаемая при гидролизе нефтяных кислот гуд-
рона); mahogany acid — маслорастворимая сульфоновая кислота
! Acidity — кислотность
>т
Action: abrasive action — истирающее действие; breathing action —
.процессы всасывания и выпуска
- Actual (parameter) — действительный параметр (определенный
«Экспериментально, в отличие от расчетного)
Additive: anticorrosive additive — антикоррозионная присадка;
antifoaming additive — антипенная присадка; antifoulant additive — при-
садка, предотвращающая коксообразование в теплообменной аппара-
туре; присадка, стабилизирующая нефтепродукт; antiicing additive — ан-
Зтиобледенительная присадка; antiknock additive — антидетонационная
присадка; antimisting additive — противотуманная присадка; antirust
additive — антиржавейная (защитная) присадка; antisludge additive — мо-
ющая присадка; antismoke additive — антидымная присадка; antistatic
26 - 449
401
additive — антистатическая присадка; antistripping additive — связующий
материал (в битуме); antiwear additive — противоизносная присадка; bio-
cidal additive — биоцидная (противомикробная) присадка; bulk
additive — наполнитель; corrosion-preventive additive — антикоррозион-
ная присадка; cetane additive — присадка, повышающая цетановое чис-
ло дизельного топлива; detergent additive — моющая присадка; EP-addi-
tive — присадка для высокого давления (противозадирная присадка);
filmstrength additive — присадка, повышающая несущую способность
масляной пленки (противозадирная присадка); load carrying additive - -
присадка, повышающая несущую способность масляной пленки (про-
тивозадирная присадка); metal deactivating additive — деактиватор
металлов; neutralizing additive — нейтрализующая присадка; seal-condi-
tioning additive — присадка, восстанавливающая уплотнения; soot-
reducing additive — антисажевая присадка; wax dispersing additive —
присадка-диспергатор парафинов; wear-reducing additive — противоиз-
носная присадка. См. также dope, agent
Admission: 1. Наполнение (цилиндра). 2. Допуск нефтепродуктов к
применению.
Admixing (additive into) — введение (присадки в ...)
Admixture — присадка, примесь
Affinity — сродство
Ageing (aging) — старение (ухудшение качества нефтепродукта при
хранении); accelerated ageing — ускоренное старение; artificial ageing —
искусственное старение; natural ageing — естественное старение; ther-
mal ageing — старение при нагревании
Agent: carrying agent — несущая среда; cooling agent — охлаждающая
среда; corrosive agent — коррозионный агент; filling agent — наполни-
тель; foaming agent — вспенивающий агент; gelling agent — загуститель;
mulling agent — диспергатор; wedding agent — эмульгатор, солюбилиза-
тор; wetting agent — смачивающая (увлажняющая) добавка. См. также
additive, dope
Agitator — мешалка
Air: air gas — воздух, насыщенный парами бензина; draw-in-air — за-
сасываемый воздух; heavy air — сжатый воздух; free air — атмосферный
воздух; tank air — паровоздушная смесь в резервуаре; uncontaminated
air — чистый воздух
Air cleaner — воздушный фильтр
Alumina — оксид алюминия
Angle: advance angle — угол опережения; crankangle — угол поворота
коленчатого вала, delay angle — угол задержки воспламенения; fixer
advance angle — угол опережения зажигания или опережения впрыска
402
топлива; timing angle — угол опережения зажигания или опережения
впрыска топлива
Antifoam — антипенный;
Antifreezing agent — антизамерзаюгцая добавка
Antifungal — фунгицид
Antigum inhibitor — ингибитор смолообразования
Antirust — антиржавейный
Antiscale — препятствующая образованию накипи
Appearance — внешний вид
Arbitrary — условный, независимый
Area: bearing area — несущая поверхность; blind area — мертвая зона;
bore area — внутренняя поверхность цилиндра; engine area — моторный
отсек; flow area — проходное сечение; frictional area — площадь
поверхности трения; seal area — пространство для уплотнения
Arm: mixing arm — рабочая часть (пропеллер) мешалки
Aromatizer — отдушка
Arrangement: cylinder arrangement — расположение цилиндров; lubri-
cating arrangement — смазочное устройство; starting arrangement —
пусковое устройство
Ash — зола; bottom ash — шлак; fly ash — летучая зола, унос
Ash-free — беззольный
Ashless — беззольный
Ash loss — потери топлива в золе
Asphalt — асфальт, нефтяной битум; oil asphalt - нефтяной битум;
rock asphalt — битуминозный песок
Asphalt flux — разбавитель битума
Asphaltene — асфальтен
Atomizer — форсунка
Atomizer backfire — преждевременное воспламенение, проскок
пламени (внутрь горелки)
Auxiliary — вспомогательный
Average — среднее значение
Backfire — проскок пламени (внутрь горелки)
Backflash — проскок пламени, промывка (фильтра) обратной струей
Barrel — бочка, единица измерения нефти (1 нефтяной баррель —
159 л)
26*
403
Batch — единовременно перерабатываемое в каком-либо процессе
количество нефтепродукта; партия нефтепродукта, перекачиваемая по
трубопроводу
Batcher — дозатор
Batt — битуминозный сланец
Battery: tank battery — резервуарный парк
Bearing: axial bearing — упорный подшипник (подпятник); ball bear-
ing — шариковый подшипник; bearing brass — вкладыш подшипника;
conical bearing — конический подшипник; journal bearing — подшипник
скольжения; needle bearing — игольчатый подшипник; plain bearing -
подшипник скольжения; prelubricated (prepacked) bearing — подшип
ник, заполненный смазкой на заводе; rolling bearing — подшипник ка-
чения; thrust bearing — упорный подшипник, подпятник
Bed: filter bed — фильтрующий слой; fixed bed — неподвижный слой,
насадка; fluidized bed — кипящий слой; packed bed — насадка
Binder — связующее
Black: carbon black — сажа; channel black — канальная сажа; furnace
black — печная сажа; oil black — нефтяная сажа; smoke black — копоть
Blade — лопатка (турбины)
Blaze — пламя
Bleed — жиклер
Bleeder — предохранительный клапан
Bleeding: bleeding of lubricant — вытекание масла из узла трения; grease
bleeding — синерезис (коллоидная стабильность) пластичной смазки
Blending — компаундирование, смешение; batch blending —
смешение порциями; line blending — смешение в потоке
Blow: blow-by — прорыв газа (через поршневые кольца); compression
blow — прорыв газа в картер
Blower — 1) вентилятор, компрессор; 2) прогоревший клапан
Boiler — котел, нагреватель, испаритель
Booster — усилитель; octan-booster — добавка к бензину для
улучшения октанового числа
Bottle: density bottle — пикнометр; sample bottle — пробоотборник
Bottom: bottom dead center — нижняя мертвая точка; bottom dis-
charge — нижний спуск; bottom product — остаточный продукт; bottom
sediment, bottoms — отстой, донный осадок; heavy still bottom — тяжелый
нефтяной остаток; piston bottom — юбка поршня; tank bottom — отстой
в резервуаре; water bottom — подтоварная вода в резервуаре
404
Boundary: boundary friction — граничное трение; boundary layer —
граничный слой; boundary line — граница раздела
Box: bearing box — подшипник; condenser box — холодильная камера;
dehydration box — отстойник; exhaust box — глушитель; gearbox —
коробка передач; grease box — масленка; packing box — сальник; strain-
ing box — сетчатый фильтр; stuffing box — сальник
Brake — тормоз
Breakdown: breakdown of emulsion — расслоение эмульсии; breakdown
of oil — осветление масла; breakdown of oil film — разрушение смазочной
пленки и переход к граничному трению; breakdown temperature —
температура разложения; fatigue breakdown — усталостное разрушение
Breaking — разрушение, расслоение
Brightening — осветление
Burn — гореть; burn out, burn up — прогар (камеры сгорания, стенок
печи)
Burning: clean burning — полное горение; rough burning — неполное
горение; slow burning — медленное горение; smooth burning —
устойчивое горение; thorough burning — полное горение; valve burning —
обгорание клапана. Си. также combustion
Burner — форсунка (печная)
By-product — побочный продукт
Cage: seat cage — седло клапана; valve cage — корпус клапана
Caloric power — теплотворная способность
Capability — способность
Capacity: actual capacity — фактическая производительность; avail-
able capacity — располагаемая мощность; bearing capacity — несущая
способность; boiler capacity — паропроизводительность котла; carrying
capacity — несущая способность, пропускная способность; cooling sys-
tem capacity — емкость системы охлаждения; cubic capacity — рабочий
объем цилиндра, объем камеры сгорания; daily capacity — суточная про-
изводительность; delivery capacity — пропускная способность; effective
capacity — эффективная мощность двигателя или производительность
установки; fuel capacity — емкость топливных резервуаров; furnace
capacity — полезная тепловая нагрузка печи; gross capacity — макси-
мальная нагрузка; heat capacity — теплоемкость; high capacity — высо-
копроизводительный; idle capacity — резервная емкость; liquid
capacity — наливной объем; load capacity — допускаемая нагрузка, но-
минальная мощность мотора; nozzle capacity — пропускная способ-
405
ность форсунки; productive capacity — производительность; rated capac-
ity' — номинальная (расчетная, проектная) мощность или производи-
тельность; reservoir capacity — емкость резервуара; resolution capacity —
разрешающая способность; specific capacity — удельная мощность, ем-
кость; stroke capacity — рабочий объем цилиндра; tank capacity — ем-
кость резервуара; thermal capacity — теплоемкость; useful capacity —•
полезная мощность; working capacity — работоспособность
Car: diesel car — легковой автомобиль с дизельным двигателем; oil
саг — нефтеналивная цистерна; road tank car — автоцистерна; tank
car — железнодорожная или автомобильная цистерна
Carbon: carbon index — объем углекислого газа, образующийся при
полном сгорании топлива; carbon knock — детонация, обусловленная
нагаром в двигателе; carbon residue — коксуемость по Конрадсону; shell
carbon — газовая сажа
Carbonization — нагарообразование
Carburettor — карбюратор
Carrier: carrier fluid — жидкость-носитель (компонент состава
присадок к нефтепродуктам); heat carrier — теплоноситель; oil carrier —
нефтеналивное судно
Catalyst: electrically heated catalyst — каталитический нейтрализа-
тор отработавших газов с электроподогревом; oxidation catalyst — ка-
талитический нейтрализатор окислительного действия (дожигающий
углеводороды и оксид углерода); three-way catalyst — каталитический
нейтрализатор тройного действия (дожигающий углеводороды и ок-
сид углерода и восстанавливающий оксиды азота); two-way catalyst —
каталитический нейтрализатор двойного действия (дожигающий уг-
леводороды и оксид углерода). См. также converter
Cell: fuel cell — топливный элемент; ignition cell — форкамера; inner
cell — нижняя камера; lower cell — нижняя камера; top cell — верхняя
камера;
Center: dead center — мертвая точка
Chamber: air storage chamber — вспомогательная воздушная камера;
base chamber — картер; combustion chamber — камера сгорания; divided
combustion chamber — разделенная камера сгорания; drip chamber — от-
стойник; drying chamber — сушильная камера; exhaust chamber — отса-
сывающий коллектор; firing chamber — камера сгорания; float chamber —
поплавковая камера; fuel injection chamber — предварительная камера
сгорания; furnace chamber — топочная камера; gas chamber — воздушная
камера; head combustion chamber — камера сгорания в головке цилинд-
ра; heating chamber — огневое пространство, камера теплообмена; open
406
combustion chamber — неразделенная камера сгорания; piston combustion
chamber — камера сгорания в днище поршня; plain combustion chamber —
камера сгорания, образованная днищем поршня и крышкой цилиндра;
precombustion chamber — форкамера; single combustion chamber — нераз-
деленная камера сгорания; swirl combustion chamber — вихревая камера
сгорания; turbulence combustion chamber — вихревая камера сгорания;
working chamber — рабочее прос транство; vortex combustion chamber —
вихревая камера сгорания
Channel: lubrication channel — канал для смазки; oil channel — канал
для смазки
Charge — доза, топливный заряд, горючая смесь, заправка двигате-
ля; stratified charge — топливный заряд с послойным распределением
Charging — наддув
Chart: blending chart — рецептура смешения; calibration chart —
замерная таблица резервуара; lubrication chart — схема смазки; octan
prediction chart — номограмма для предсказания октанового числа
бензина; oiling chart — схема смазки; viscosity index chart — номограмма
для определения индекса вязкости
Check — проверка, испытание, контроль
Cinder — зола
Cinefaction — озоление
Clarifier: oil clarifier — маслоочиститель
Clay — глина
Cleaner — фильтр. См. также filter, strainer
Cleaning: carbon cleaning — очистка от нагара
Cleanliness — чистота
Clearens: cylinder clearens — мертвое пространство цилиндра; safety
clearens — допускаемый зазор; valve clearens — зазор клапана
Close-cut fraction — узкая дистиллятная фракция
Close fractionation — четкая ректификация
Coal — уголь
Coat — покрытие, изоляция
Cock — клапан, кран; safety cock — предохранительный клапан
Code: technical code — технические условия; safety code — правила
техники безопасности
Coefficient: air-surplus coefficient — коэффициент избытка воздуха;
coefficient of admission — коэффициент наполнения; coefficient of conduc-
tivity — коэффициент теплопроводности; coefficient of discharge — коэф-
407
фициент расхода; coefficient of friction — коэффициент трения; coeffi-
cient of heat passage — коэффициент теплопроводности; coefficient of
heat transfer — коэффициент теплопередачи; coefficient of heat transmis-
sion — коэффициент теплопередачи; coefficient of safety — запас проч-
ности; coefficient of thermal conductivity — коэффициент теплопровод-
ности; coefficient of thrust — коэффициент тяги; coefficient of wear —
степень износа. См. также factor, parameter, value
Coke - кокс; green coke - недопал (недокаленный кокс); low tempera-
ture coke — полукокс
Cokeability — коксуемость
Coker: delayed coker — замедленное коксование
Coking: coking capacity — коксуемость;
Cold startability — холодный пуск
Combustible — горючий
Combustion — горение; combustion catalyst — катализатор горения;
complete combustion — полное сгорание; constant pressure combustion —
сгорание при постоянном давлении; constant volume combustion —
сгорание при постоянном объеме; imperfect combustion — неполное
сгорание; internal combustion — внутреннее сгорание; normal combus-
tion — полное сгорание; partial combustion — неполное сгорание; perfect
combustion — полное сгорание; slow combustion — медленное сгорание;
smokeless combustion — бездымное сгорание. Gw. также burning
Compatibility — совместимость
Compatible — совместимый
Composition: chemical group composition — групповой состав; fraction
composition — фракционный состав; molecular composition — групповой
состав; percentage composition — процентный состав
Compound: antigalling compound — резьбовая смазка; antiknock com-
pound — антидетонационная присадка; antiseizure compound —
противозадирная присадка для резьбовых соединений; blending com-
pound — облагораживающая присадка; boiler compound — антинакипин;
cable compound — канатная смазка, смазка для стальных тросов; drawing
compound — смазка для прокатки и волочения; filling compound —
наполнитель; low friction compound — антифрикционная смазка; sealing
compound — уплотняющая смазка; tagging compound — вещество-метка;
tallow compound — твердая смазка; thread compound — резьбовая смазка
Compression: crankcase compression — сжатие рабочей смеси в камере
двухтактного двигателя
Condensate: gas condensate — газовый конденсат; lease condensate —
конденсат из попутного газа; plant condensate — конденсат из попутного
408
газа; sweet condensate — обессоленный конденсат; wet condensate —
сырой конденсат
Condenser — конденсатор, холодильник
Condition: accident conditions — аварийное состояние; ambient condi-
tions — условия окружающей среды; combustion chamber conditions —
условия в камере сгорания; emergency conditions — аварийное состоя-
ние; field conditions — условия эксплуатации; flow conditions — характе-
ристики потока; foamed conditions — вспененное состояние масла в кар-
тере; operating conditions — эксплуатационный режим; process condi-
tions — режим процесса; rated conditions — номинальные условия; refer-
ence conditions — стандартные условия, типичные условия; representative
conditions — характерные условия; service conditions — рабочие условия;
simulated conditions — искусственно созданные условия; starting condi-
tions — начальные условия; technical conditions — технические условия;
test conditions — условия испытания; thermal conditions — тепловой
режим; working conditions — эксплуатационный режим; yield
t conditions — состояние текучести
1 . Cone: atomizer cone — распылитель, диффузор; friction cone — конус
((трения
Connection: smoke connection — дымоход
’Г Conradson carbon residue — коксуемость по Конрадсону
Constituent: propellant constituent — компонент топлива
Consumption: air consumption — расход воздуха; auxiliary power con-
sumption — расход энергии на собственные нужды; fuel consumption —
расход топлива; heat consumption — тепловые затраты; idling fuel con-
sumption — расход топлива на холостом ходу; oil consumption —расход
масла; rated consumption — номинальный расход; specific fuel consump-
tion — удельный расход топлива; specific oil consumption —удельный
i( расход масла
,	Contaminant — загрязняющее вещество
,	Contamination — загрязнение
:	Control: advance control — регулировка опережения зажигания; feed
control — регулирование подачи сырья; flow control — регулирование
расхода; loss control — борьба с потерями; manual control — ручное
управление; mixture control — регулирование состава смеси; noise con-
trol — борьба с шумом; oil stock loss control — борьба с потерями
нефтепродуктов; pollution control — борьба с загрязнением; quality con-
trol — контроль качества
Converter: closed loupe converter — каталитический нейтрализатор
отработавших газов с обратной электронной связью. См. также catalyst
409
Cooling: air cooling — воздушное охлаждение; capacitative cooling —
емкостное охлаждение; ebullition cooling — испарительное охлаждение
(двигателя); evaporative cooling — испарительное охлаждение; film cool-
ing — пленочное охлаждение; forced cooling — принудительное
охлаждение; jet cooling — струйное охлаждение; oil cooling — масляное
охлаждение; natural cooling — естественное охлаждение; pocket cooling —
охлаждение водяной рубашкой; pump cooling — принудительное
охлаждение от насоса; regenerative cooling — охлаждение топливом;
vapour cooling — испарительное охлаждение; water cooling — водяное
охлаждение
Corrodibility — коррозионность
Corrosion: cold condensate corrosion — низкотемпературная коррозия
выпускной системы сконденсировавшимися продуктами сгорания
топлива; existent corrosion — коррозия агрессивными веществами, со-
держащимися в нефтепродукте; fuel corrosion — топливная коррозия;
gray corrosion — серые пятна на медной пластинке при определении
коррозионной агрессивности нефтепродукта; oil corrosion — масляная
коррозия; soil corrosion — коррозия подземных частей аппаратов, тру-
бопроводов, блуждающими токами; wet corrosion — влажная коррозия
Coupler: grease coupler —устройство для подачи пластичной смазки;
lubricating coupler — масленка
Cracked: cracked distillate — крекинг-дистиллат; cracked fuel oil —
крекинг-мазут; cracked residue — крекинг-мазут
Cracking: primary cracking — легкий крекинг (висбрекинг); skin crack-
ing — крекинг углеводородов на раскаленной поверхности (при
перегонке)
Crankangle — угол поворота коленчатого вала
Crankcase — картер; barrel crankcase — неразъемный картер; dry
crankcase — сухой картер; lower crankcase — поддон картера; split
crankcase — разъемный картер
Cranking — пуск двигателя проворачиванием коленчатого вала
Crankshaft — коленчатый вал
Creeping tendency — склонность к сползанию
Crucible — тигель; open crucible — открытый тигель
Crude: crude oil сырая нефть; crude flash tower — нефтеперегонная
колонна; crude storage — нефтехранилище, склад сырья; heavy crude —
тяжелая нефть; lease crude — нефть, добытая на данном участке; light
crude — легкая нефть; reduced crude — отбензиненная нефть; sour
crude — сернистая нефть; sweet crude — малосернистая нефть; whole
crude — неотбензиненная нефть
410
Cup: compression grease cup — пресс-масленка; oil cup — масленка;
piston cup — манжета поршня; pump cup — манжета поршня
Curve: borderline curve — зависимость между скоростью и углом
опережения зажигания, необходимым для бездетонационной работы
двигателя; calibration curve — калибровочная кривая; distillate yield
curve — кривая разгонки нефтепродукта; load curve — нагрузочная
кривая; vapor curve — кривая упругости пара
Cut: clean cut — узкая фракция; cold cut — продукт холодного
смешения; cut-back product — нефтепродукт, разбавленный более
легкой фракцией; cut-point — граница кипения фракций; end cut —
хвостовая фракция; gapped cuts — четко разделяющиеся фракции (с
разрывами в температурах кипения); heart cut — основная фракция
нефтепродукта; narrow cut — узкая фракция; wide boiling cut —
ширококипящая фракция
Cycle: actual cycle — реальный цикл; California cycle —
калифорнийский испытательный цикл по определению токсичности
выхлопа двигателя; city cycle — городской цикл; Diesel cycle — цикл
Дизеля; drive cycle — ездовой цикл; four-stroke cycle — четырехтактный
цикл; ideal cycle — теоретический никл; life cycle — срок службы; open
cycle — незамкнутый цикл; Otto cycle — цикл Отто; running cycle —
рабочий цикл; two-stroke cycle — двухтактный цикл; urban cycle —
городской цикл
Cylinder stock — неочищенное цилиндровое масло
Dag — графитный порошок
Darkening — потемнение (нефтепродукта)
Data: comparative data — сравнительные данные; engine data —
характеристики двигателя; engineering data — технические данные; input
data — входные данные; rated data — номинальные характеристики; ref-
erence data — справочные данные; service data — эксплуатационные
данные; specified data — уточненные данные; test data — результаты
испытаний; working data — эксплуатационные данные
Deadlock — полная остановка
Defoamers — антипенная присадка
Degree: degree of accuracy — степень точности; degree of admission —
степень наполнения; degree of expansion — степень расширения; degree
of safety — запас прочности
Delay: ignition delay — задержка воспламенения; injection delay —
задержка впрыска
Demixing — расслоение
411
Delivery — производительность (насоса, компрессора), расход; deliv-
ery rate — скорость подачи; delivery value — пропускная способность;
delivery volume — объем подачи; oil delivery — перекачка нефти; pump
delivery — высота подачи насоса
Density: actual density — фактическая плотность; apparent density —
кажущаяся плотность; bulk density — насыпная плотность; relative densi-
ty — относительная плотность
Denuding — выделение адсорбата из адсорбента
Deposit: bottom deposits — донные отложения; carbon deposit — нагар;
loose deposit — рыхлый нагар; oil deposit — масляный нагар; scale deposit —
накипь; sludgy deposit — смолистые отложения; soot deposit — нагар
Depth: dept of refining — глубина нефтепереработки; fdling dept —
высота заполнения резервуара; wearing depth — глубина износа
Detergency — моющая способность
Detergent potential — моющий потенциал
Deterioration — старение (снижение качества со временем),
изнашивание, повреждение
Detonation strength distribution — распределение детонационной
стойкости
Dewaxing — депарафинизация
Dilution — разбавление, обеднение рабочей смеси
Discharge: discharge of pump — подача насоса; free discharge — свобод-
ное истечение; oil discharge — слив нефти; oily discharge — сброс воды,
загрязненной нефтепродуктом; orifice discharge — расход через отвер-
стие (диафрагму); pump discharge — нагнетательное отверстие насоса
Disperse: disperse medium — дисперсионная среда; disperse phase —
дисперсная фаза
Displacement: displacement of pump — подача насоса; piston displace-
ment — рабочий объем цилиндра (объем, который проходит поршень за
один такт); pump displacement — подача насоса; tanker displacement — во-
доизмещение танкера; water-oil displacement — вытеснение нефти водой
Distillate: cracked distillate — крекинг-дистиллят; intermediate distil-
late — промежуточный дистиллят; long distillate — широкая фракция;
lube distillate — дистиллят смазочных масел; middle distillate — средний
дистиллят; narrow distillate — узкий дистиллят; overhead distillate —
головной погон; stove distillate — печное топливо; sweetened distillate —
обессеренный дистиллят
Distillation range — пределы перегонки
Dome — купол резервуара, колпак цистерны
412
Domestic — коммунального назначения, местного производства
Dope — присадка, густая смазка; dope fuel — вводить присадку в
топливо; ignition dope — присадка, ускоряющая самовоспламенение
(промотор воспламенения); thread dope — резьбовая смазка. См. также
additive, agent
Drag: air drag — аэродинамическое сопротивление; driveling drag —
сопротивление вращению трансмиссии; viscous drag — вязкостное
сопротивление; wind drag — аэродинамическое сопротивление
Drive: ail wheel drive (vehicle) — полноприводный (автомобиль); heli-
cal gear drive — винтовая передача; hydraulic drive — гидравлический
привод; hypoid gear drive — гипоидная передача; bevel gear drive —
коническая передача; spur gear drive — цилиндрическая передача; worm
gear drive — червячная передача
Driveline — карданная передача
Drop: heat drop — перепад тепла; pressure drop — перепад давления;
revolution drop — снижение частоты вращения; speed drop — снижение
скорости; temperature drop — паление температуры
Drum: oil drum — бочка для нефтепродукта; rubber drum —
прорезиненный мягкий резервуар
Dry — сушить; boil dry — выпаривать досуха; run dry — работать без
смазки
Duct: air duct — воздухопровод; oil duct — маслопровод; scavenging
duct — продувочный канал
Ductility — растяжимость
Dust — пыль
Duty: constant duty — постоянный режим работы; continuous duty —
длительный режим работы; extra duty — дополнительная производитель-
ность; fuel duty — режим подачи топлива; heavy duty — тяжелые условия,
предназначенный для тяжелых работ; large duty — высокопроизводи-
тельный; operating duty — рабочий режим; periodic duty — периодический
режим; pump duty — работа насоса; severe duty — тяжелые условия
эксплуатации; short-time duty — кратковременный режим; specific duty —
удельная производительность; varying duty — переменная нагрузка
Dye — краситель
Effect: breaking effect — тормозящее действие; greenhouse effect —
парниковый эффект; side effect — побочный эффект; temperature
effect — влияние температуры; useful effect — полезная работа, отдача.
См. также action
413
Efficiency — коэффициент полезного действия, производитель-
ность. См. также coefficient, factor
Emission: brake specific emission — удельное содержание вредных
веществ в выхлопе; crankcase emission — выброс картерных газов; evapo-
rative emission — эмиссия паров нефтепродукта; exhaust emission —
выбросы отработавших газов; flue gas emission — выброс топочных газов;
idle emission — выбросы отработавших газов на холостом ходу; noise emis-
sion — излучение шума; particulate emission — выбросы твердых частиц
Energy: available energy — свободная энергия; boundary energy —
энергия граничного слоя; capillary energy — энергия поверхностного
натяжения; free energy — свободная энергия; interfacial energy —
межфазная энергия, межфазное натяжение; internal energy —
внутренняя энергия; released energy — высвобождаемая энергия; stored
energy — запасенная энергия; waste energy — непроизводительные
потери энергии
Engine: cat the engine — выключать двигатель; compression ignition
engine — двигатель с воспламенением от сжатия; dual fuel engine —
двухтопливный двигатель; internal combustion engine — двигатель
внутреннего сгорания; medium speed engine — среднеоборотный
двигатель; multifuel engine — многотопливный двигатель; reciprocating
engine — поршневой двигатель; low emission engine — малотоксичный
двигатель; low speed engine — тихоходный двигатель; spark-ignition
engine — двигатель с воспламенением от искры; two-stroke engine —
двухтактный двигатель
Environment — окружающая среда
Equipment — оборудование
Error: accidental error — случайная ошибка; aggregate error —
суммарная ошибка; random error — случайная ошибка; sampling error —
ошибка выборочного анализа
Evaporation: evaporation gum test — определение содержания факти-
ческих смол; evaporation heat — теплота испарения; evaporation rate —
скорость испарения; evaporation surface — поверхность испарения; flash
evaporation — однократное испарение
Exhaust — выхлоп; exhaust gases — выхлопные газы; exhaust gas recir-
culation — рециркуляция отработавших газов
Experience: field experience — полевые испытания. См. также
experiment
Experiment: blank experiment — контрольный (слепой) опыт; full-scale
experiment — промышленные испытания; laboratory-scale experiment —
лабораторный опыт. См. также experience
Facilities — устройства, оборудование, средства; handling facilities —
приспособления слива-налива; oil-loading facilities — оборудование для
налива нефтепродуктов; pumping facilities — насосное оборудование;
transportation facilities — транспортные средства
Factor: correction factor — поправочный коэффициент; factor of adhe-
sion — коэффициент сцепления; factor of thermal expansion —
коэффициент теплового расширения; filterability factor — коэффициент
фильтруемости. См. также coefficient
Failure — поломка, выход из строя, отступление от нормы; failure of
lubrication film — разрыв масляной пленки; endurance failure —
усталостное разрушение; fatigue failure — усталостное разрушение
Family: gas family — нефтяные газы; lubricating oil family —
совокупность смазочных масел
Fat: animal fat — животный жир; wool fat — ланолин, шерстный жир
Fatty — жирный (соединение жирного ряда)
Feed — питание, подача; feed nozzle — питающая форсунка; feed
pipe — питающая труба; feed stock — сырье; feed tank — расходный бак;
forced feed — принудительная подача; gravity feed — подача самотеком;
hand feed — ручная подача; power feed — принудительная подача
Filling — налив нефтепродуктов, заправка топливом
Film: boundary film — граничная пленка; iridescent film — радужная
пленка нефтепродукта на воде; lubricant film — слой смазки
Filter: exhaust filter — сажевый фильтр; fine filter — фильтр тонкой
очистки; fuel filter — топливный фильтр; oil filter — масляный фильтр;
particulate filter — сажевый фильтр; primary filter — фильтр грубой
очистки; self-cleaning filter — самоочищающийся фильтр. См. также
screen, strainer
Overhaul: full overhaul — полная переборка двигателя; major
overhaul — капитальный ремонт двигателя; specified life before overhaul —
назначенный ресурс двигателя до переборки
Filtering: rough filtering — грубая очистка; fine filtering — грубая
очистка
Fire: direct fire — голый огонь; secondary fire — догорание; spotty
fire — очаговое пламя
First running — головной погон
Flame: blue flame — синее (восстановительное) пламя; carbonizing
flame — восстановительное пламя; cold flame — холодное пламя; diffu-
sion flame — диффузионное пламя; exhaust flame — пламя на выхлопе;
415
free flame — свободное пламя; oxidative flame — окислительное пламя;
reducing flame — восстановительное пламя; smoky flame — коптящее
пламя
Flameout — срыв пламени
Flammability — воспламеняемость; lean flammability — нижний
предел воспламеняемости; limits of flammability — пределы
воспламеняемости
Flash — вспышка
Flashback — проскок пламени
Flashing — мгновенное испарение
Float — поплавок; float gauge — поплавковый указатель; float-level
controller — поплавковый регулятор уровня жидкости; float tank — бак с
поплавковым регулятором
Flow: backward flow — противоток; fixed-rate flow — постоянный
расход; flow of heat — тепловой поток; flow point — температура текучес-
ти; flow property — реологические свойства; flow rate — объемная ско-
рость подачи; forward flow — прямоток; gravity flow — самотек; heat
flow — тепловой поток; mass flow — массовый расход; non-viscous flow —
неламинарное течение; plastic flow — пластическая деформация; ready
flow — текучесть. См. также flux
Flue — дымовая труба, дымоход
Fluid: boiler fluid — антинакипин; brake fluid — тормозная жидкость;
calibration fluid — калибровочное масло; cutting fluid — охлаждающая
эмульсия; flushing fluid — промывочная жидкость; power fluid —
гидравлическая жидкость; reacting fluid — компонент топлива; starting
fluid — вспомогательное пусковое топливо; working fluid — рабочая
жидкость
Fluidity — текучесть
Fluidized — псевдоожиженный; fluidized bad — кипящий слой
Flushing - промывка
Flux — гудрон, разжижающая жидкость; eddy flux — турбулентный
поток; heat flux — тепловой поток. См. также flow
Flywheel — маховик
Foam — пена
Fbg: fuel fog — распыленное топливо; oil fog — масляный туман; tar
fog — аэрозоль дегтя
Follow-up — датчик обратной связи
Foots — осадок	.л
416
Force: angular force — вращающий момент; bearing force —
грузоподъемность; cohesive force — силы сцепления; compressive force —
сила сжатия; frictional force — сила трения; retarding force — тормозящий
момент; shearing force — сдвигающее усилие. См. также power
Formation: formation of deposits — образование отложений; gum forma-
tion — смолообразование; resin formation — смолообразование; scale for-
mation —образование накипи; sludge formation — осадкообразование;
soot formation — нагарообразование; varnish formation —
лакообразование
Fossil — ископаемое
Foulant — вещество, загрязняющее нефтепродукт
Fouling — образование загрязнений или накипи, неисправность
Fraction: cat fraction — фракция, погон; effluent fraction — отбираемая
фракция; heavy fraction — тяжелая фракция; head fraction — головная
фракция; high boiling fraction — высококипящая фракция; light fraction —
светлая фракция; long fraction — широкая фракция; narrow fraction —
узкая фракция; starting fraction — пусковая фракция. См. также cut
Free: chlorine free — не содержащий хлора
Friction: boundary friction — граничное трение; dry friction — сухое
грение; fluid friction — жидкостное (гидродинамическое) трение; flow
friction — гидравлическое сопротивление; friction modifier —
модификатор трения; internal friction — внутреннее трение, вязкость;
rolling friction — трение качения; semifluide friction — граничное трение;
sliding friction — трение скольжения; solid friction — сухое трение; static
friction — трение покоя; threshold friction — трение покоя, статическое
трение; unlubricated friction — сухое трение
Fuel: alternate fuel — альтернативное топливо; automotive fuel —
топливо для двигателей внутреннего сгорания; black oil fuel —
остаточное топливо, мазут; blending fuel — высокооктановый
компонент топлива; bunker fuel — флотское топливо, топочный мазут;
clean burning fuel — полностью сгорающее топливо; cold-starting fuel —
топливо для холодного пуска двигателя; domestic heating fuel — печное
бытовое топливо; dribbled fuel — неиспарившиеся капли топлива; drib-
bling diesel fuel — маловязкое дизельное топливо; finished fuel —
товарное, полностью готовое топливо; fossil fuel — ископаемое
топливо; fuel oil — мазут; high grade fuel — высококалорийное топливо;
household fuel — бытовое топливо; jet fuel — реактивное топливо; pollu-
tion-free fuel — бездымное топливо; pressure fuel — крекинг-мазут; refer-
ence fuel — стандартное топливо, образец, взятый для сравнения;
replacement fuel — альтернативное топливо; rocket fuel — ракетное
горючее; safety fuel — безопасное в пожарном отношении топливо;
27 - 449
417
standard fuel — эталонное топливо; stove fuel — печное топливо; synthet-
ic liquid fuel — искусственное жидкое топливо; temporary fuel —
альтернативное топливо; two-stroke fuel — топливо для двухтактных
карбюраторных двигателей; vehicle fuel — моторное топливо
Functional life — работоспособность
Furnace — печь, топка
Gage. См. gauge
Gain: thermal gain — повышение тепловой экономичности
Gas: air gas — воздух, насыщенный парами бензина; artificial gas —
промышленный газ; aviation gas — авиационный бензин; burnt gas —
продукты сгорания; chimney gas — дымовой газ, coke oven gas —
коксовый газ; combination gas — жирный нефтяной газ; discharge gas —
уходящий (отработавший) газ, dry gas — сухой газ (метан-пропан); end
gas — уходящий газ; exhaust gas — выхлопной газ; exit gas — уходящий
газ; fat gas — газ с высоким содержанием паров бензина; fire gases —
продукты сгорания; flue gas — дымовой газ; furnace gas - продукты
сгорания; топочный газ; greenhouse gas — парниковый газ; high line
gas — бутан; lean gas — газ с низким содержанием паров бензина; natu-
ral gas — природный газ; processed gas — газ, очищенный от соединений
серы; refinery gas — нефтезаводской газ; residual gas — остаточные
продукты сгорания в цилиндре двигателя; rich gas — жирный газ,
содержащий бензиновые фракции; rock gas — природный газ; sour
gas — высокосернистый нефтяной газ; stack gas — отходящий газ; waste
gas — отходящий газ
Gasket — уплотнение
Gasoline: clean burning gasoline —- чисто сгорающий бензин; climali^
gasoline — сезонный бензин; distilled gasoline — прямогонный бензин;
dyed gasoline — искусственно окрашенный бензин; ethyl gasoline •-
этилированный бензин; flash gasoline — бензиновые фракции,
выделяющиеся из нефти при отбензинивании; low-test gasoline  -
низкосортный бензин; reference gasoline — эталонный бензин; unleaded
gasoline — неэтилированный бензин
Gasoline throttle — дроссельная заслонка
Gauge: air gauge — манометр; bayonet gauge — щуп для измерения
уровня в резервуаре; content gauge — уровнемер; flow gauge
расходомер; friction gauge — трибометр; fuel gauge — указатель уровня u
топливном баке; level gauge — уровнемер; liquid level gauge — указатель
уровня жидкости; oil gauge — указатель уровня нефтепродукта; tank
gauge — уровнемер; temperature gauge — термометр
418
Gear — передача; crank gear — кривошипно-шатунный механизм;
gearbox — коробка передач; gear drive — зубчатая передача; gear oil —
трансмиссионное масло; oil gear — гидравлический привод; worm
gear — червячная передача
Gland — сальник, прокладка
Grade: domestic grade — сорт нефтепродукта для внутреннего рынка;
navy grade — флотский сорт; summer grade — летний сорт; winter grade —
зимний сорт
,« Grading — маркировка, классификация
’ Grease: aging-resistant grease — смазка, стабильная при хранении; all-
purpose grease — многоцелевая смазка; axle grease — деготь, колесная
мазь; bleeding-resistant grease — смазка с высокой коллоидной
стабильностью; boiled grease — смазка горячей варки; carriage grease —
деготь, колесная мазь; clay grease — смазка, загущенная глиной; cold-
mixed grease — смазка холодного приготовления; cooked grease — смазка
горячей варки; cup grease — солидол; fluid grease — текучая смазка; gear
grease — трансмиссионная смазка; joint grease — резьбовая смазка; light
grease — негустая смазка с высоким значением пенетрации; liquid
grease — текучая смазка; lubricating grease — пластичная смазка; non-
bleeding grease — смазка с высокой коллоидной стабильностью; petrole-
um grease — смазка, загущенная тяжелыми углеводородами нефти; pin-
ion grease — смазка для зубчатых передач; process grease — технологи-
ческая смазка; pudding grease — полужидкая смазка; quicklime grease —
смазка, загущенная кальциевым мылом; rope grease— канатная смазка;
runny grease — текучая смазка; semifluid grease — полужидкая смазка;
settled grease — расслаивающаяся смазка; soap grease — смазка на
мыльном загустителе; stiff grease — густая смазка с низким значением
пенетрации; unworked grease — смазка, неперемешанная в специальной
мешалке (при определении пенетрации); worked grease — смазка после
разрушения в специальной мешалке (при определении пенетрации);
wool grease — шерстный жир
Gum: accelerated gun — смолы, полученные при ускоренном
старении нефтепродуктов; actual gum — фактические смолы; air jet
gun — фактические смолы, полученные из бензина отдувкой струей
воздуха; copper dish gums — смолы, оставшиеся в медной чашке после
испарения топлива; existent gums — фактические смолы; preformed
gums — фактические смолы; porcelain dish gums — смолы, оставшиеся в
фарфоровой чашке после испарения топлива; preformed gums —
фактические смолы; present gums — фактические смолы; unwashed
gums — фактические смолы (до промывки растворителем); washed
gums — фактические смолы (после промывки растворителем)
27*
419
Gumming — смолообразование, нагарообразование
Gun: compressor gun — шприц для смазки; filling gun — шприц для
смазки; grease gun — шприц для смазки; oil gun — масляный шприц
Handling — обслуживание, погрузка, разгрузка, транспортировка,
обращение; ash handling — золоудаление; bulk handling — перевозка
навалом; fuel handling — топливоподача; remote handling — дистанцион-
ное управление
Hardness: hardness of water — жесткость воды; wear hardness —
стойкость к износу
Head — головка (поршня); combustion head — головка цилиндра;
cylinder multiple head — крышка блока цилиндров; delivery head — напор
насоса; differential head — перепад давлений; pressure head — напор; valve
head — тарелка клапана
Heart: flame heart — ядро факела
Heat: decomposition heat — теплота разложения; diffusion heat — теп-
лота диффузии; dissolution heat — теплота растворения; frictional heat —
теплота трения; heat capacity — теплоемкость; heat conduction — теп-
лопроводность; heat density — теплонапряженность (поверхности);
heat efficiency — тепловой коэффициент полезного действия; heat emis-
sion — теплоотдача; heat exchanger — теплообменник; heat output —
отдача тепла; heat-transport medium — теплоноситель; heat rate — ско-
рость нагрева; heat removal — теплоотвод; heat value — теплотворная
способность; latent heat — скрытая теплота; observed heat value — выс-
шая теплотворная способность; specific heat — удельная теплоемкость;
specific heat of combustion — удельная теплота сгорания; total heat —
теплосодержание
Heating: compressional heating — разогревание при сжатии; uneven
heating — неравномерный прогрев
Heavy duty — форсированный, тяжело нагруженный
Hole: admission hole — впускное окно; blow-hole — прогар; bung hole —
горловина бочки; discharge hole — выпускное окно; escape hole —
выпускное окно; filler hole — заправочное отверстие; gauge hole —
замерное отверстие; idle hole — отверстие холостого хода в
карбюраторе; lubrication hole — смазочное окно; oil hole — смазочное
окно; ozone hole — озоновая дыра. См. также orifice
Horsepower — мощность, лошадиная сила
Hose: delivery hose — напорный рукав; drain hose — сливной шланг;
fuel hose — топливопровод; oil hose — рукав для перекачки
нефтепродуктов; rotary hose — гибкий шланг
420
Hy-therm — теплостойкий, жароупорный
Idle — неработающий, резервный, на холостом ходу
Idling — холостой ход
Igniter — запальная свеча
Ignition — воспламенение, зажигание; advance ignition — раннее за-
жигание; autogenous ignition — самовоспламенение; auxiliary fluid igni-
tion — зажигание при помощи вспомогательной жидкости; compression
ignition — воспламенение от сжатия; delayed ignition — позднее зажига-
ние; deposit induced ignition — калильное зажигание; early ignition — ран-
нее зажигание; flame ignition — факельное зажигание; forced ignition —
принудительное зажигание; hot head ignition — зажигание от раскален-
ных частей двигателя; hot tube ignition — зажигание от калильной труб-
ки; ignition delay — период задержки воспламенения; ignition dope —
присадка, ускоряющая самовоспламенение (промотор воспламене-
ния); ignition improver — промотор воспламенения; ignition lag — период
задержки воспламенения; ignition limits — пределы горючести; ignition
loss — потери от прокаливания; ignition range — пределы горючести; late
ignition — позднее зажигание; spark ignition — зажигание от искры; sur-
face ignition — калильное зажигание
Immersed: oil immersed — погруженный в масло
Impeller — рабочее колесо (насоса, турбины, вентилятора)
Impurity — примеси
Index: drivability index — индекс приемистости
Indicator: flow indicator — расходомер; fuel indicator — указатель уров-
ня топлива; fuel-air ratio indicator — указатель состава горючей смеси;
knock indicator — указатель детонации; level indicator — указатель уров-
ня; oil indicator — маслоуказатель; oil-level indicator — указатель уровня
масла; oil-pressure indicator — масляный манометр; revolution indicator —
тахометр; slow-down indicator — индикатор, требующий снизить ско-
рость из-за перегрева каталитического нейтрализатора; speed
indicator — спидометр, тахометр;
Inflammability — воспламеняемость
Inhour (inverse hour) — обратный час
Inject — впрыскивать
Injection: central injection — одноточечный впрыск (во впускной
коллектор); continues injection — непрерывный впрыск; direct injection —
прямой впрыск; early injection — ранний впрыск; indirect injection —
предкамерный впрыск; manifold injection — впрыск во впускной
421
коллектор; multipoint injection — многоточечный впрыск; port injection —
впрыск во впускной канал; pre-chamber injection — предкамерный
впрыск; pulsed injection — впрыск отдельными порциями; throttle body
injection — впрыск во впускной коллектор
Injector, fuel nozzle — форсунка
Inlet — впуск
Input — подводимая мощность, информация на входе, количество
входящего материала («взято» в материальном балансе)
Intake — впуск, впускное отверстие, приток всасываемого продукта
Intensity: background intensity — фоновая интенсивность излучения;
calorific intensity — максимальная температура сгорания топлива на
воздухе при атмосферном давлении; combustion intensity —
интенсивность сгорания, теплонапряженность; relative intensity —
относительная интенсивность
Interface — граница раздела фаз
Jacket — кожух, рубашка охлаждения
Jet — струя, форсунка, жиклер
Joint — соединение, узел
Jump of spark — проскакивание искры
Kick — пусковая характеристика топлива, начальный момент
перегонки нефтепродукта
Kiln — печь
Kindling — зажигание, воспламенение
Knock — детонация, стук; diesel knock — жесткая работа дизеля; pis-
ton knock — стук поршня
Lacquer: hard lacquer — твердые лаковые отложения; high-temperature
lacquer — высокотемпературные лаковые отложения в двигателе. См.
также varnish
Lead: black lead — графит; fuel lead — опережение подачи топлива;
exhaust lead — опережение выпуска; lead — длина хода поршня; oil
lead — маслопровод; pot lead — графит
Leakage — утечка
Length: length of stroke — длина хода поршня
Letdown — разбавление, разрежение
422
Leve — петролейный эфир 40—60°С
Level: cracking level — глубина крекинга; datum level — нулевая
отметка; energy level — энергетический уровень; impurity level — степень
загрязненности; initial level — исходный уровень; noise level — уровень
шума; octane level — октановое число; oil level — высота налива
нефтепродукта в резервуаре; reference level — условный уровень; safety
level — уровень воды в котле; sound level — уровень шума
Life: design life — расчетный срок службы; engine life — ресурс
двигателя; full-load life — ресурс при полной нагрузке; interrepair life —
межремонтный пробег; operation life — ресурс двигателя; no-failure life —
срок безотказной работы; residual life — остаточный ресурс; storage
life — долговечность при хранении; working life — срок службы
Light - светлый, легкий, ненагруженный
Limit: combustion limits — пределы воспламенения; elastic limit —
предел упругости; emission limit — ограничение содержания токсичных
веществ в выхлопе; endurance limit — предел выносливости; explosive
limits — пределы взрываемости; fatigue limit — усталостная прочность;
ignition limits — пределы воспламенения; lean limit — предел обеднения
горючей смеси; lower explosive limit — нижний предел взрываемости;
safety limit — граница безопасности; sensitivity limit — предел чувстви-
тельности; smoke limit — предел дымления; yield limit — предел текучес-
ти. См. также margin, range
Line: feed line — линия подачи сырья; flare line — линия, отводящая
газ на факел; insulated line — изолированный трубопровод; flow line —
напорная линия; fuel line — топливопровод; loading line — наливная
линия; pressure line — напорная линия; steam traced line — трубопровод
с паровым спутником; suction line — всасывающая линия; trunk line —
магистральный трубопровод
Liquid: bulk liquids — нефтепродукты, хранимые наливом (в
резервуаре); corroding liquid — коррозионно-активная жидкость; inflam-
mable liquid — легковоспламеняющаяся жидкость; mutually soluble liq-
uids — взаимно смешивающиеся жидкости; partly miscihle liquids —
частично смешивающиеся жидкости; simple liquid — нормальная
(неньютоновская) жидкость; stripping liquid — абсорбирующая жид-
кость; thick liquid — вязкая жидкость
Load: actual load — полезная нагрузка; allowable load — допустимая
нагрузка; axial load — осевое усилие; breaking load — разрушающая
нагрузка; burst load — предельная нагрузка; design load — расчетная
нагрузка; excess load — перегрузка; fractional load — неполная нагрузка;
full load — полная нагрузка; initial load — начальная нагрузка; installing
load — установленная мощность; light load — неполная нагрузка; live
423
load — динамическая нагрузка: net load — полезная нагрузка; point
load — точечная (сосредоточенная) нагрузка; quiescent load
статическая нагрузка; rated load — номинальная нагрузка; safe load
предельно допускаемая нагрузка; thrust load — осевая нагрузка; ultimate
load — критическая нагрузка; unit load — удельная нагрузка; working
load — рабочая нагрузка
Loading: bottom loading — налив (нефтепродукта) снизу; filter
loading — засорение фильтра; gravity loading — загрузка самотеком; shock
loading — ударная нагрузка; splash loading — налив (нефтепродукта)
сверху; undersurface — налив (нефтепродукта) снизу
Lock: gas lock — газовая пробка; vapor lock — паровая пробка
Lorry — грузовой автомобиль
Loss: breathing loss — потери при малых дыханиях резервуара; carpet
loss — потери при открытом хранении; conveyance loss — потери при
транспортировке; evaporation loss — потери от испарения; external heat
loss — потери тепла в окружающую среду; filling loss — потери при
больших дыханиях резервуара; frictional loss — потери на трение; fuel tank
loss — потери из топливного бака; head loss — потеря напора; heat loss —
тепловые потери; idling loss — потери холостого хода; invisible loss —
потери от испарения; oil shrinkage loss — потери нефтепродукта при
испарении; oil stock loss — потери нефтепродукта при хранении; specific
oil burning loss — удельный расход масла на угар; stack loss — потери тепла
с дымовыми газами; standing loss — потери при малых дыханиях
резервуара; storage loss — потери при хранении; temperature loss — потери
при малых дыханиях резервуара; wear loss — потери при износе
Lower dead center — нижняя мертвая точка
Lube — смазывающая присадка
Lubricant: abrasive lubricant — смазочный материал для шлифовки;
conventional-type lubricant — смазочный материал на основе
нефтепродукта; cutting-tool lubricant — смазочно-охлаждающая жид-
кость; lubricant deterioration — ухудшение смазывающих свойств; горе
lubricant — смазка для канатов. См. также grease, oil
Lubricating grease — пластичная смазка
Lubrication: aerosol lubrication — смазка масляным туманом; atomized
lubrication — смазка масляным туманом; bath lubrication — смазка
погружением; complete lubrication — смазка погружением; drop lubrica-
tion — капельная смазка; dry film lubrication — сухая смазка; dry-sump
lubrication — смазка при сухом картере; fluid lubrication —
гидродинамическая смазка; fog lubrication — смазка масляным
туманом; forced lubrication — смазка под давлением; gravity lubrication —
424
смазка самотеком; grease-gun lubrication — шприцевание; greasy lubrica-
tion — граничная смазка; hydrostatic lubrication — смазка самотеком; life-
time lubrication — смазка на весь срок службы; lubrication by oil circula-
tion — циркуляционная смазка; lubrication by splashing — смазка
разбрызгиванием; lubrication by submersion — смазка погружением;
mechanical lubrication — принудительная смазка; mist lubrication —
смазка распыливанием; mixture-method lubrication — смазка путем
добавления масла в топливо; oil bath lubrication — картерная смазка; par-
tial lubrication — граничная смазка; rheostatic lubrication — смазка
самотеком; submerged lubrication — смазка погружением; total-loss lubri-
cation — проточное смазывание
Lubricity — смазываюшие свойства
Machine: four-ball machine — четырехшариковая машина трения;
grease working machine — устройство (мешалка) для перемешивания
пластичных смазок (перед определением пенетрации и других
показателей)
Manifold: discharge manifold — нагнетательная магистраль; distributing
manifold — распределительная магистраль; exhaust manifold —
выпускной коллектор; fuel manifold — трубопровод для подачи топлива
к форсункам; suction manifold — всасывающий трубопровод
Margin: draft margin — запас тяги; fuel margin — запас топлива; margin
of error — пределы погрешности; operating margin — запас мощности;
safety margin — запас прочности. См. также limit, range
Material: code material — нефтепродукт, допущенный к применению
Medium: actuating medium — рабочее тело; cooling medium — охлажда-
ющий агент; dispersive (dispersion) medium — дисперсионная среда; filter-
ing medium — фильтрующий материал; heat-transfer medium —
теплоноситель; precoat filter medium — порошкообразный фильтрую-
щий материал; supporting medium — носитель катализатора; working
medium — рабочее тело
Melting: fractional melting — фракционированное плавление (при
депарафинизации масла); zone melting — зонная плавка
Meter — измерительный прибор
Mileage — пробег (в милях); empty mileage — порожний пробег; fuel
mileage —пробег в милях на галлон топлива
Miscibility — смешиваемость
Mixture: air-and-fuel mixture — горючая смесь; air-fiue mixture —
дымовая смесь; air fuel mixture — горючая смесь; air-vapor mixture —
смесь паров топлива с воздухом; air-and-fuel mixture — горючая смесь;
425
coal-oil mixture — углемазутная смесь; coating mixture — смесь для
смазки поверхностей; combustible mixture — горючая смесь; constant-
boiling mixture — смесь с постоянной температурой кипения; cooling
mixture — смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ); lean mixture —
бедная рабочая смесь; maximum-speed mixture — смесь с максимальной
скоростью горения; overridi mixture — богатая рабочая смесь; poor mix-
ture — бедная рабочая смесь; rich mixture — переобогашенная рабочая
смесь; starting mixture — пусковая жидкость; stratified mixture —
послойная рабочая смесь; uniform mixture — однородная смесь; weak
mixture — бедная рабочая смесь
Mode: economy mode — экономичный режим; operating mode —
рабочий режим
Moisture — влага
Muffer: catalytic muffer — глушитель с катализатором дожита
отработавших газов
Naphtha - сырая нефть, нафта, керосин
Noise: aerodynamic noise — аэродинамический шум; engine noise —
шум двигателя; exhaust noise — шум выхлопных газов; gear noise — шум
трансмиссии; induction noise — шум, создаваемый при впуске воздуха
Nozzle — форсунка (в двигателе), жиклер
Number: acid number — кислотное число; assembly number — завод-
ской номер; base number — щелочное число; blending octane number —
октановое число смешения; bromine number — бромное число; cetane
number — цетановое число; essential number — эфирное число; failure
number — число отказов; iodine number — йодное число; motor / research
octan number — октановое число, определяемое моторным / исследова-
тельским методами; reflux number — флегмовое число; saponification
number — число омыления; smoke number — дымность; wave number —
волновое число. См. также coefficient,parameter, value
Octane — октановое число (разг.); octane booster — добавка к бензину
для легкой коррекции октанового числа; octane requirement increase
(ORI) — рост требований к октановому числу
Oil: annealing oil — закалочное масло; asphaltum oil — гудрон; base
oil — сырая нефть; black oil — смазочный мазут ; bobbing oil — веретен-
ное масло; break-in oil - приработочное масло; burner oil — осветитель-
ный керосин; compressor oil — компрессорное масло, crude oil — сырая
нефть, сырье; conventional oil — базовое масло (без присадок); dangerous
oils — огнеопасные нефтепродукты; denuded oil — десорбированное
426
масло; dirty oil — загрязненное масло; domestic oil — бытовое топливо;
fatty oil — нелетучее жидкое масло; flushing oil — промывочное масло;
flux oil — полугудрон; fuel oil — мазут; quench oil, quenching oil — закалоч-
ное масло; make-up oil — свежий нефтепродукт; mother oil — материн-
ская нефть; motor oil — автол; oil-car — цистерна; oil drift — дрейф неф-
тяного пятна; oil in bulk — нефтепродукты наливом; oil separation char-
acteristic — коллоидная стабильность (пластичных смазок); oil shale —
сланцевая нефть; recovered oil — регенерированное масло; reduced oil —
нефть, из которой отогнаны легкие фракции; residual oil — кубовые
остатки; sewing-machine oil — масло для швейных машин; solvent oil —
масло селективной очистки; spindle oil — веретенное масло; vegetable
oil — растительное масло (компонент дизельного топлива или смазоч-
ного масла); waste oil — отработанное масло
Once-run — прямогонный
Outlet — выпускное отверстие
Opacity — непрозрачность
Orifice: delivery orifice — выпускное отверстие, напорное отверстие;
discharge orifice — выпускное отверстие; idling orifice — распределитель
системы холостого хода; metering orifice — калиброванное отверстие.
См. также hole
Overhaul: full overhaul — полная переборка двигателя; major
overhaul — капитальный ремонт двигателя; specified life before overhaul —
назначенный ресурс двигателя до переборки
Overpoint — температура начала перегонки
Overpressure — избыточное давление
Раск — уплотнение
Package: control package — блок управления; filtration package —
сменный элемент для фильтра; fuel-control package — регулятор подачи
топлива; oil package — тара для нефтепродуктов; warranty package —
гарантийные обязательства
Packing: hydraulic packing — гидравлическое уплотнение; joint pack-
ing — уплотнение стыка труб, прокладка между фланцами; screen pack-
ing — сетчатая насадка
Particulates, particulate matter — твердые частицы (в отработавшем
газе)
Patch: «oil patch» — нефтяная промышленность
Penetration: undisturbed penetration — пенетрация неперемешанной
смазки; worked penetration — пенетрация перемешанной (60 циклов)
427
смазки; prolonged worked penetration — пенетраиия перемешанной
(10000 циклов) смазки
Percentage: percentage by volume — проценты объемные; percentage by
weight — проценты массовые; percentage of error — ошибка в процентах;
percentage recovered/evaporated at ... — количество, выкипающее до...
(значение температуры)
Performance: average performance — средняя производительность;
estimated performance — расчетная характеристика; field performance —
работоспособность в условиях эксплуатации; operating performance —
эксплуатационная характеристика; service performance — эксплу-
атационные качества; specific performance — удельная производитель-
ность; thermal performance — тепловая характеристика; top perfor-
mance — наивысшая производительность
Period: braking period — период торможения; idle period — период
холостого хода; servicing period — интервал между обслуживаниями;
period of stability — период стабильности (показатель качества
авиационного бензина); test period — испытательный срок; warranty
period — гарантийный срок
Petrol — бензин (англ); lubricated petrol — бензин с примесью масла
Petroleum: petroleum acids — нефтяные кислоты; petroleum black —
нефтяная сажа; petroleum cuts — нефтяные погоны; petroleum level —
петролейный эфир; petroleum refinery — нефтеперерабатывающий
завод; petroleum substitute — искусственное жидкое топливо; petroleum
tailings — хвостовые погоны нефти
Petrolift — топливный насос
Phase: aqueous phase — водная фаза; continuous phase —
дисперсионная среда; dispersed phase — дисперсная фаза; multiple
phase — многокомпонентная фаза; opposite phase — противоположная
фаза
Phenolics — фенольные смолы
Piece: insertion piece — вставка, вкладыш; safety piece —
предохранитель
Pinion — ведущее колесо зубчатой передачи
Pink — работать с детонацией
Pipe: air pipe — воздухопровод; blow pipe — горелка; branch pipe —
патрубок; coil pipe — змеевик; dampening pipe — глушитель; delivery
pipe — напорная труба; exhaust pipe — выхлопная труба; feed pipe —
питающая труба; flow pipe — напорная труба; hose pipe — шланг; inlet
pipe — подающая труба; main pipe — главный трубопровод; outlet pipe —
выхлопная труба; rising pipe — напорная труба; screen pipe — труба c
428
фильтрующей сеткой; smoke pipe — дымовая труба; tail pipe —
выхлопная труба; worm pipe — змеевик
Piston: bowl-in-crown piston — поршень с камерой сгорания в днище;
cupped piston — поршень с камерой сгорания в днище; displacement pis-
ton — поршень-вытеснитель; flat crown piston — поршень с плоским
днищем; rised crown piston — поршень с выпуклым днищем; piston
ring — поршневое кольцо; piston rod — шток поршня; trunk piston —
тронковый поршень
Pitch — пек, смола
Plant: batching plant — дозатор; bulk plant — нефтебаза; compressor
plant — компрессорная установка; diesel electric power plant — дизель-
электрический генератор; flowing plant — компрессорная установка;
pilot plant — опытная установка; pneumatic plant — компрессорная
установка; power plant — энергетическая установка, стационарный
двигатель; pump plant — насосная установка; treating plant —
очистительная установка
Plate: cut-off plate — задвижка; orifice plate — диафрагма
Plug: drain plug — спускное отверстие; glow plug — свеча
накаливания; hard spark plug — холодная свеча зажигания; hot spark
plug — горячая свеча зажигания; ignition plug — запальная свеча; spark
plug — зазор электродов свечи зажигания; sparking plug — свеча
зажигания; stone plug — свеча зажигания с фарфоровым электродом
Point; aniline point — анилиновая точка; boiling point — температура
кипения; break point — температура хрупкости, температура расслоения
эмульсии, температура осветления мутной жидкости; breakdown point —
предел прочности; bubble point — температура появления первого
пузырька при кипении жидкости; capacity point — полная проектная
производительность; chilling point — температура начала кристаллиза-
ции; close-cup flash point — температура вспышки в закрытом тигле;
cloud point — температура помутнения; cold filter plugging point —
температура забивки холодного фильтра; condensation point — точка
росы, температура конденсации; congealing point — температура
застывания; dead point — мертвая точка; decomposition point —
температура разложения; demixing point — температура расслоения;
dew-point — точка росы; dropping point — температура каплепадения;
drop out point — температура выпадения (например, парафина из
нефтепродукта); dry point — температура падения последней капли
(при перегонке); final boiling point — конец кипения; filling point —
заправочный пункт; fire point — температура воспламенения; flash
point — температура вспышки; freezing point — температура замерзания
(застывания); full boiling point — конечная температура кипения; fusion
429
point — температура плавления; ignition point — температура
воспламенения; initial point — исходный пункт; initial boiling point —
температура начала кипения; inner dead point — нижняя мертвая точка;
jest for smoke point — максимальная высота некоптящего пламени; load
point — точка приложения нагрузки; lubrication point — точка смазки;
melting point — температура плавления; open-cup flash point —
температура вспышки в открытом тигле; pour point — температура
потери текучести, температура застывания; recovery point —
температура выкипания; reference point — контрольная точка; sampling
point — место отбора пробы; self-ignition point — температура
самовоспламенения; smoke point — высота некоптящего пламени; soft-
ening point — температура размягчения; solidifying point — температура
затвердевания; spark point — искровый электрод; top dead point —
верхняя мертвая точка; yield point — предел текучести, предельное
напряжение сдвига
Pollutant — загрязняющее вещество
Port: cylinder port — впускное окно; delivery port — впускное окно;
exhaust port — выпускное окно; inlet port — впускное окно, продувочное
окно; valve port — проходное отверстие клапана
Pour-point additive — депрессор
Power: adhesive power — сила сцепления; available power —
располагаемая мощность; bearing power — несущая способность; caloric
power — теплотворная способность; declared power — объявленная
мощность; effective horse power — эффективная мощность в лошадиных
силах; flame radiating power — степень черноты пламени; full stop power —
полная мощность; gross power — мощность брутто; indicated power —
индикаторная мощность; input power — приводная мощность; lifting
power — грузоподъемность; maximum power — максимальная мощность;
motive power — движущая сила; net power — мощность нетто; oil power —
нефтяной двигатель; power fluid — гидравлическая жидкость; power
plant — энергетическая установка, стационарный двигатель; power
stroke — рабочий ход; propelling power rated power — номинальная
мощность; real power — действительная мощность; required power —
требуемая мощность; reserve power — запас прочность, избыточная
мощность; service power — эксплуатационная мощность; solvent power —
растворяющая способность; thermal power — теплопроизводительность;
traction power — тяговое усилие; useful power — полезная энергия
Practice: routine practice — установившаяся практика; safe practice —
техника безопасности; standard practice — утвержденная технология
Precaution: safety precaution — меры по технике безопасности
Precipitate — осадок
430
Pressure: back pressure — противодавление; boost pressure — давление
наддува; critical compression pressure — критическое давление сжатия
(при котором происходит самовоспламенение топлива); charging pres-
sure — давление наддува; combustion pressure — давление сгорания; com-
bustion chamber pressure — давление в камере сгорания; contact
pressure — давление в точке контакта; cylinder-wall pressure — давление
на стенки цилиндра; delivery pressure — давление подачи; design pres-
sure — расчетное давление; exhaust back pressure — противодавление
отработавших газов; fractional pressure — парциальное давление; fuel
injection pressure — давление впрыска; head pressure — напор; operating
pressure — рабочее давление; peak pressure — максимальное давление;
positive pressure — давление выше атмосферного; rated pressure —
индикаторное давление; return pressure — противодавление; safe working
pressure — допускаемое рабочее давление; saturated vapor pressure —
давление насыщенных паров; service pressure — нормальное рабочее
давление; specific pressure — удельное давление; unit pressure — удельное
давление; ultimate pressure — остаточное давление; vapor pressure —
давление паров; working pressure — рабочее давление
Prevention: accident prevention — техника безопасности; corrosion pre-
vention — зашита от коррозии; fire prevention — противопожарные
мероприятия; rust prevention — защита от ржавления
Priming — заливка насоса перед пуском
Product: by-product — побочный (сопутствующий) продукт; commer-
cial product — товарный продукт; cutback product — разжиженный
продукт; end product — целевой продукт; surplus product — побочный
(ненужный) продукт; waste products — отходы производства
Propellant — ракетное топливо
Properties: impact properties — способность сопротивляться ударным
нагрузкам; lubricated properties — смазывающие свойства; sealing proper-
ties — уплотняющая способность; thermal properties — теплофизические
свойства; torque properties — пусковые свойства двигателя
Pump: centrifugal pump — центробежный насос; controlled volume
pump — дозирующий насос; delivery pump — питающий насос; displace-
ment pump — поршневой насос; feed pump — питающий насос; fuel
pump — топливный насос; gear pump — шестеренный насос; high pres-
sure fuel pump — топливный насос высокого давления; jet pump —
струйный насос (эжектор); lube pump — масляный насос; metering
pump — дозирующий насос; piston pump — поршневой насос; plunger
pump — плунжерный насос; reciprocating pump — поршневой насос;
pump off — откачивать; pump out — выкачивать; pump over —
перекачивать; pump up — накачивать; rotapiston pump — ротаиионно-
431
поршневой насос; rotary pump — центробежный насос; screw pump —
винтовой насос; simplex pump — одноцилиндровый насос; sinking
pump — погружной насос
Quality: burning quality — горючесть; caking quality — спекаемость;
coking quality — коксуемость; ignition quality — воспламеняемость; pump-
ing quality — прокачиваемость; refractory quality — огнестойкость; run-
ning quality — рабочая характеристика (машины); rust-proof quality —
коррозионная стойкость; storage quality — сохраняемость; wearing quali-
ty — износоустойчивость
Quench — закалка
Raiser: steam raiser — паровой котел
Ram: pump ram — плунжер
Rancidity — бактериальное поражение нефтепродукта
Random — произвольный, случайный, выборочный
Range: boiling range — пределы перегонки; cut range — пределы
перегонки; distillation range — пределы выкипания; effective range —
пределы измерений, рабочий диапазон; full range — широкая фракция;
ignition range — пределы воспламеняемости; measuring range —
диапазон измерений; melting range — температурный предел
плавления; mid-point-boiling range — средняя температура кипения;
rated range — рабочий диапазон; sensitivity range — пределы
чувствительности; spark plug heat range — тепловая характеристика
свечи зажигания; tolerance range — область допустимых значений;
volatility range — пределы летучести; working range — рабочий диапазон.
См. также limit, margin
Rate: boil-up rate — скорость выкипания; burning rate — скорость
горения; delivery rate — скорость подачи; filtering rate — тонкость отсева
фильтра; fuel rate — расход топлива; rate of combustion — полнота горе-
ния, скорость горения; rate of consumption — расход; rate of corrosion —
скорость коррозии; rate of deposition — скорость образования отложе-
ний; rate of evaporation — интенсивность парообразования; rate of feed —
скорость подачи; rate of fire travel — скорость распространения
пламени; rate of flow — скорость течения; rate of heat flow — тепловой
поток; rate of heat release — тепловое напряжение; rate of oxidation —
степень окисления; rate of revolution — частота (скорость) вращения;
rate of rotation — частота (скорость) вращения; rate of shear — скорость
сдвига; rate of volume flow — объемная скорость подачи
Rated — номинальный, расчетный

Rating: antiknock rating — антидетонационная характеристика,
определение октанового числа; blending rating — октановое число
смешения; cell rating — тонкость отсева (фильтра); cetane rating —
цетановая характеристика; определение цетанового числа; capacity rat-
ing — расчет производительности; engine rating per cylinder —
цилиндровая мощность двигателя; fuel rating — оценка качества
топлива; high octane rating — высокое октановое число бензина; knock
rating — детонационная характеристика; load rating — номинальная
нагрузка; octane rating — оценка детонационной стойкости бензина;
one-hour rating — часовая мощность; pressure rating — расчетное
давление; rating of engine — номинальная нагрузка двигателя
Ratio: compression ratio — степень сжатия; critical compression ratio —
критическая степень сжатия (при котором происходит само-
воспламенение топлива); excess air ratio — коэффициент избытка
воздуха; expansion ratio — коэффициент расширения; fuel-air ratio —
состав горючей смеси; fuel-oil consumption ratio — отношение расхода
топлива к расходу масла; gear ratio — передаточное число; mixing ratio —
соотношение компонентов в смеси; mixture ratio — соотношение
компонентов в смеси; ratio of stroke to diameter — отношение длины
хода поршня к диаметру цилиндра; reduction ratio — передаточное
число; reflux ratio — флегмовое отношение; transmission ratio —
передаточное число
Recovery — регенерация
Refinery — нефтеперерабатывающий завод
Reflux — флегма, орошение
Release — выпуск; heat release — тепловыделение
Reliability — надежность
Repeatability — повторяемость
Reproducibility — воспроизводимость
Requirement — требование
Residue: ash residue — зольный остаток; carbon residue — коксовое
число; cracked residue — крекинг-остаток; distillation residue — остаток
после перегонки; fixed residue — нелетучий остаток; gum residue —
смолистые отложения в двигателе; stillage residue — кубовый остаток
Resistance: abrasion resistance — прочность на истирание; acid resist-
ance — кислотоупорность; ageing resistance — сопротивляемость к
старению; chemical resistance — химическая стойкость; corrosion resist-
ance — коррозионная стойкость; frictional resistance — сопротивление
трения; heat resistance — теплостойкость; viscous resistance — сопротив-
ление вязкой среды
28 - 449
433
Response: inhibitor response — восприимчивость к ингибитору; lead
response — приемистость бензина к тетраэтилсвинцу; octane number
response — чувствительность двигателя к изменению октанового числа
бензина
Retime — изменять угол опережения зажигания или впрыска
топлива
Revolutions — обороты
Rig — испытательный стенд
Ring: filler ring — уплотнительное кольцо; gas ring — компрессионное
кольцо; oil ring — маслосъемное кольцо; oil catch ring — маслоотбойное
кольцо; packing ring — уплотнительное кольцо; piston ring — поршневое
кольцо; pressure ring — компрессионное кольцо; thrower ring —
маслоотбойное кольцо
Roof: breather roof — плавающая крыша резервуара; expansion roof —
эластичная крыша; flat-deck roof — плоская крыша; floating roof —
плавающая крыша; gas-bag roof — полусферическая крыша; pontoon
roof — плавающая крыша; umbrella roof — сферическая крыша
Rule: technical rule — технический регламент
Run: blank run — холостой опыт; run idle — работать на холостом
ходу; run by gravity — течь самотеком; run out — изнашиваться; test run —
пробный пуск; trial run — пробный пуск
Running: idle running — холостой ход; irregular running —
неравномерный ход; no-load running — холостой ход; rich running —
работа на переобогащенной смеси; running of gum — плавление смол
slow running — холостой ход
Running down — вращение по инерции (выбег)
Running in — приработка, обкатка
Running on — работа при выключенном зажигании
Running out — вращение по инерции (выбег)
Rust — ржавчина, коррозия
Sample: all-level sample — средняя проба (с различных уровней
резервуара); average sample — средняя проба; bottom sample — донная
проба; check sample — контрольная проба; composited sample —
усредненная проба; continues sample — непрерывно отбираемая проба;
engineering sample — опытный образец; failed test sample — образец, не
отвечающий техническим требованиям; filter sample — образец,
собранный на фильтре; middle sample —проба из среднего слоя; official
sample — арбитражная проба; point sample — разовая проба; random
434
sample — произвольная выборка; reference sample — образец, взятый для
сравнения; representative sample — представительный образец; running
sample — средняя проба с разных уровней резервуара; spot sample —
локальная проба; standard sample — эталон; test sample — образец для
испытаний; upper sample — проба с верхнего уровня
Sampling — отбор проб; acceptance sampling — выборочный контроль
при приемке; accumulative sampling — непрерывный отбор проб; cluster
sampling — групповая выборка; discrete sampling — отбор разовых проб;
field sampling — отбор проб в рабочих условиях; stack sampling — отбор
проб из дымовой трубы
Saponification — омыление
Saturated — насыщенный (углеводород)
Scavenger — выноситель (например, свинца в этиловой жидкости)
Scavenging — продувка (цилиндров двигателя), слив, выпуск
Score, scoring — задир
Screen: coarse oil screen — масляный фильтр грубой очистки; inlet
screen — приемный фильтр; oil screen — масляный фильтр. См. также
filter, strainer
Screening — проверочные испытания с целью отбора лучших
образцов
Screw: feed screw — шнековый питатель; lubricating screw — пресс-
масленка;
Seal — уплотнение
Seat — седло клапана
Seizure — заедание
Sensitivity: fuel sensitivity — чувствительность (разница между
значениями октановых чисел, определенных моторным и
исследовательским методами); octane sensitivity — чувствительность
(разница между значениями октановых чисел, определенных
моторным и исследовательским методами);
Sensor flow sensor — датчик расхода; lambda sensor — лямбда-зонд;
pit-level sensor — датчик уровня в емкости;
Servicing: oil servicing — заправка топливом и маслом
Settling: bottom settling — донный осадок; cold settling — отстаивание
на холоду; hindered settling — принудительное осаждение
Shale: barren shale — негорючий сланец; bituminous shale — горючий
сланец; oil shale — горючий сланец
Simulation — моделирование
28*
435
Sludge: acid sludge — кислый гудрон; cold-engine sludge
низкотемпературный осадок в двигателе; hot-engine sludge
высокотемпературный осадок в двигателе; oil sludge — осадок в масле)
oil-water sludge — водно-масляная эмульсия; refinery sludge — кислый
гудрон
Smoke: black smoke — черный дым; blue smoke — голубой (сизый)
дым; exhaust smoke — дымность отработавших газов; oil smoke —
дымность от угара масла; red smoke — «лисий хвост»; white smoke —
белый дым
Smokeless — бездымный
Smokemeter — дымомер
Smokescope — дымомер
Soap — мыло
Solution — раствор
Soot — сажа (как продукт неполного сгорания); soot filter — сажевый
фильтр
Source: antropogenic source — антропогенный источник (вредных
выбросов)
Sour — (нефтепродукт) содержащий сероводород или химически
активную серу
Specification — технические условия
Speed: cranking speed — частота прокручивания двигателя; engine
speed — частота вращения; rated speed — номинальная частота
вращения; idle speed — частота вращения на холостом ходу; rotational
speed — число оборотов; service speed — рабочая скорость; steady
speed — установившаяся скорость
Spillage: oil spillage — разлив нефти, потери от утечек
Spirit: aircraft motor spirit — авиационный бензин; aviation spirit —,
авиационный бензин; gas spirit — газовый бензин; mineral spirit — уайт-
спирит; motor spirit — автомобильный бензин; petroleum spirit — уайт-
спирит; shale spirit — сланцевый бензин; tar spirit — бензол; white
spirit — уайт-спирит
Spot: hot spot— место перегрева, участок повышенной коррозии
Stability: storage stability — стабильность при хранении; thermal stabil-
ity — термостабильность; working stability — эксплуатационная
стойкость
Stack — дымовая труба; stack gas — дымовой газ
Stall — срыв потока, помпаж, глохнуть (о двигателе)
436
Standard: primary standard — эталон; reference standard — эталон; test
standard — стандарт на проведение испытаний
Stick — пригорать (о поршневом кольце)
Stock: black stock — мазутное креки нг-сырье; blending stock —
компонент, идущий на смешение для получения товарного продукта;
bright stock — высоковязкое остаточное масло; oil stock — складские
запасы нефтепродуктов; pipeline stock — мертвый остаток
нефтепродукта в трубопроводе; product stock — запас нефтепродукта,
хранящийся на складе; refinery stock — нефтезаводское сырье; tank
farm stock — запас нефтепродукта на складе; virgin stock —
прямогонный нефтепродукт; wax stock — парафиновый дистиллят
Storage: bulk storage — хранение в резервуарах; control storage —
контрольное хранение; crude storage — нефтехранилище; finished stor-
age — склад готовой продукции; ground storage — открытый склад
Storage stability — устойчивость при хранении
Strainer: coarse strainer — фильтр грубой очистки; feed strainer — сет-
чатый фильтр на линии подачи топлива; fine gage strainer — фильтр тон-
кой очистки; fuel strainer — топливный фильтр; gauze strainer — сетча-
тый фильтр; oil strainer — масляный фильтр. См. также filter, screen
Stream: air stream — воздушный поток; flowing stream — поток,
течение; jet stream — реактивная струя
Strength: film strength — прочность масляной пленки; mechanical
strength — механическая прочность; mixture strength — качество
горючей смеси; shear strength — предел прочности на сдвиг; solution
strength — концентрация раствора; tensile strength — предел прочности
на растяжение; ultimate strength — предел прочности; yield strength —
предел текучести
Stress: admissible stress — допустимая нагрузка; allowable stress —
допустимая нагрузка; alternate stress — знакопеременная нагрузка;
breaking stress — предел прочности; yield stress — предел прочности
Stroke: admission stroke — такт впуска; aspirating stroke — такт
всасывания; ascending stroke — ход поршня вверх; back stroke —
обратный ход поршня; combustion stroke — рабочий ход; compression
stroke — такт сжатия; descending stroke — ход поршня вниз; driving
stroke — рабочий ход; ejection stroke — такт выхлопа; exhaust stroke —
такт выхлопа; expansion stroke — такт расширения; explosion stroke —
рабочий ход; firing stroke — рабочий ход; piston stroke — ход поршня;
power stroke — рабочий ход; pressure stroke — такт сжатия; return strok —
обратный ход; scavenging stroke — такт продувки; valve stroke — ход
(подъем) клапана; working stroke — рабочий ход
437
Substance: asphaltic resinous substance — асфальтосмолистые
вещества; gum-producing substance — смолообразующее вещество;
harmful substances — вредные вещества (в выхлопе); reference
substance — эталон; test substances — контрольное вещество; working
substance — рабочее тело
Sulfur: active sulfur — коррозионно-активная сера; sour sulfur —
меркаптановая сера; total sulfur — общее содержание серы в
нефтепродукте
Supercharger — турбокомпрессор
Supercharging — наддув
Surface: surface-active — поверхностно-активный; surface combus-
tion — поверхностное горение; surface film — поверхностная пленка;
surface forces — поверхностно-активные силы; surface layer — поверх-
ностный слой; surface tension — поверхностное натяжение
Surfactant — поверхностно-активное вещество
Susceptibility — чувствительность, приемистость
Sweet — освобожденный от активной серы, обессоленный
Sweetening — очистка нефтепродукта от меркаптанов и других
соединений активной серы
Swelling — набухание
System: cooling system — система охлаждения; exhaust system —
выхлопная система; lubricating oil system — система смазки; pressure
charging system — система наддува
Table: checking table — проверочная таблица, испытательный стенд;
conversion table — таблица пересчета мер; gauge table — калибровочная
таблица; outage table — таблица зависимости заполненного
пространства в резервуаре; reduction table — таблица поправок; reference
table — таблица пересчета мер
Tail — хвостовая фракция
Tank: agitator tank — резервуар с мешалкой; auxiliary tank —
дополнительный топливный бак; balance tank — уравнительный
резервуар; blending tank — резервуар для смешения; bulk tank —
нефтяной резервуар; buried tank — заглубленный резервуар; clarifying
tank — отстойник; catch tank — ловушка; collapsible tank — мягкий
резервуар; delivery tank — автоцистерна; filling tank — расходный бак;
fixed-roof tank — резервуар с неподвижной крышей; flexible tank —
мягкий резервуар; float tank — резервуар с поплавковым регулятором
уровня; floating-roof tank — резервуар с плавающей крышей; flow tank —
438
мерник, отстойник; fuel tank — топливный бак; gauge tank — мерник;
metering tank — измерительная емкость; head tank — напорный бак;
lubrication tank — масленка; measuring tank — измерительная емкость;
mixing tank — смеситель; oil tank — масляный бак, нефтяной резервуар;
precipitation tank — отстойник; pressure tank — резервуар для высокого
давления; receiving tank — приемная емкость; relay tank —
промежуточный резервуар; run-down tank — приемный резервуар дня
перегоняемого нефтепродукта; settling tank — отстойник; truck tank —
автоцистерна
Tar — гудрон
Temperature: ambient temperature — температура окружающей среды;
ash-fusion temperature — температура плавления золы; autoignition tem-
perature — температура самовоспламенения; boiling temperature —
температура кипения; bulk temperature — средняя температура; chilling
temperature — температура начала кристаллизации; cloud-point tempera-
ture — температура помутнения; combustion temperature — температура
горения; congelation temperature — температура застывания; correction
temperature — температурная поправка; dew-point temperature — точка
росы; dropping temperature — температура каплепадения; flash tempera-
ture — температура вспышки, температура на фактическом пятне
контакта при трении; freezing temperature — температура застывания;
friction temperature — температура, обусловленная трением; ignition tem-
perature — температура воспламенения; kindling temperature —
температура воспламенения; melting temperature — температура
плавления; separation temperature — температура расслоения топливо-
спиртовых смесей; transition temperature — температура фазового
перехода; triboinduced temperature — температура, обусловленная
трением; self-ignition temperature — температура самовоспламенения;
scoring temperature — температура задира; transition temperature —
температура фазового перехода. См. также point
Tend: tend to coking — образовывать нагар; tend to gumming —
образовывать отложения
Tendency: tendency to soot — склонность к сажеобразованию; vapor
locking tendency — склонность к образованию паровых пробок
Tension: boundary tension — поверхностное натяжение; interfacial ten-
sion — межфазное натяжение; steam tension — давление пара; surface
tension — поверхностное натяжение; vapor tension — давление пара
Test: acceptance test — приемочное испытание; annual test —
ежегодный техосмотр; check test — контрольное испытание; corrosion
test — испытание на коррозию; emission test — оценка дымности
отработавших газов; evaluation test — оценка качества; factory test —
439
заводское испытание; field test — эксплуатационное испытание; life
test — определение срока службы; maintenance test — эксплуатационное
испытание; mill test — заводское испытание; official test — приемочное
испытание; percent test — выборочный контроль; pilot test — пробное
испытание; proof test — проверочное испытание; trial test — предва-
рительное испытание
Thermostrengthening — термоупрочнение
Thermal: thermal capacity — теплоемкость; thermal coefficient of
expansion — термический коэффициент расширения; thermal conduc-
tion — теплопроводность; thermal conductivity — удельная теплопро-
водность; thermal content — теплосодержание; thermal current —
тепловой поток; thermal efficiency — термический коэффициент
полезного действия; thermal head — тепловой напор; thermal loss —
теплопотери; thermal power — теплотворная способность; thermal sta-
bility — термостабильность
Thickener — загуститель
Throttle — заслонка (дроссельная)
Thrust — нагрузка (на деталь)
Time: breakdown time — индукционный период бензина; cycle time —
продолжительность цикла; delay time — период задержки, период запаз-
дывания; estimated time — расчетное время; life time — срок службы; live
time — период эксплуатации; payout time — период окупаемости; running
time — период работы; starting time — пусковой период, продолжитель-
ность разгона; warm-up time — продолжительность разогрева
Timing: ignition timing — установка опережения зажигания; injection
timing — установка момента впрыска; spark timing — установка
опережения зажигания
Tolerance — допустимое отклонение, выносливость; gum tolerance —
допустимое содержание смол; lead tolerance — допустимое содержание
тетраэтилсвинца в бензине
Tooth — зуб (шестерни)
Top: top dead center — верхняя мертвая точка; top of burner — насадка
горелки; top of piston — днище поршня; top of stroke — верхняя граница
хода поршня
Torque — крутящий момент
Tower: — quench water tower — закалочная колонна; distillation tower —
дистилляционная колонна
Trap, particulate trap — фильтр для твердых частиц
Travel: travel of piston — длина хода поршня
440
Trial — испытание
Truck: fuel-servicing truck — бензозаправщик; light truck — легкий
грузовик; heavy duty truck — тяжелый грузовик; tank truck —
автоцистерна
Tube: choke tube — диффузор, карбюратор; fire tube — жаровая труба;
flame tube — жаровая труба; flue tube — жаровая труба; gravity tube —
пикнометр; measuring tube — мензурка; radiant tubes — радиационные
трубы экрана печи;
Turbo-supercharger — турбокомпрессор (двигателя)
Ullage — незаполненное пространство резервуара, объем парового
пространства над топливом, утечка
Unblended — не содержащий присадок
Unit — установка
Upgrading — повышение качества
Value: acid value — кислотное число; antiknock value —
антидетонационная характеристика; blending value — октановое число
смешения; calorific value — теплота сгорания; clear blending value —
октановое число смешения неэтилированного бензина; coke value —
коксуемость; combustion value — теплота сгорания; commercial value —
промышленная ценность; delivery value — пропускная способность; heat
value — теплотворная способность; incremental value — прирост; lubricat-
ing value — смазывающая способность; octane value — октановое число;
rated value — номинальная величина; rating value — расчетная величина,
номинальное значение параметра; scale value — значение деления
шкалы; spark plug heat value — калильное число свечи зажигания;
swelling value — степень набухания; yield value — предельное напряжение
сдвига. См. также coefficient, factor, number, parameter
Valve: admission valve — впускной (всасывающий) клапан; breather
valve — дыхательный клапан резервуара; emergency valve — предохрани-
тельный клапан; exhaust valve — выпускной клапан; feed valve — пита-
тельный клапан; float valve — поплавковый клапан; injector valve — игла
форсунки; inlet valve — впускной клапан; intake valve — впускной кла-
пан; needle valve — игольчатый клапан; outlet valve — выпускной клапан;
pipe manifold valves — раздаточная гребенка; pressure vent valve — дыха-
тельный клапан резервуара; safety valve — предохранительный клапан
Valve cone — седло клапана
Vane — направляющая лопатка (турбины, компрессора)
441
Vapour: vapour-air mixture — паровоздушная смесь; vapour explosion —
взрыв паров; vapour lock — паровая пробка; vapour locking tendency —
склонность к образованию паровых пробок; vapour recovery —
улавливание паров
Varnish: high-temperature varnish — нагар
Vehicle: motor vehicle — автомобиль (англ.); vehicle engine —
автомобильный двигатель; vehicle tank — топливный бак
Velocity: circumferencial velocity — окружная скорость; discharge veloc-
ity — скорость истечения; flame velocity — скорость истечения; jet veloc-
ity — скорость истечения струи из сопла; lift velocity — скорость отрыва
пламени; spouting velocity — скорость истечения
Vessel — емкость, резервуар; motor vessel — теплоход; tank vessel —
цистерна
Viscosity: apparent viscosity — кажущаяся вязкость; assumed viscosity —
условная вязкость; eddy viscosity — турбулентная вязкость; Engler viscos-
ity — условная вязкость по Энглеру; intrinsic viscosity — характеристи-
ческая вязкость; kinematic viscosity — кинематическая вязкость; pres-
sure viscosity — вязкость под давлением; reciprocal viscosity — текучесть;
relative viscosity — условная вязкость; shear viscosity — сдвиговая
вязкость; specific viscosity — удельная вязкость; viscosity factor — коэф-
фициент вязкости; viscosity index — индекс вязкости
Volatility — летучесть
Volume: clearance volume — мертвое пространство в цилиндре; com-
bustion volume — объем камеры сгорания; cylinder volume — рабочий
объем цилиндра; dead volume — мертвое пространство; displacement vol-
ume — объем, проходимый поршнем; oil volume — заправочная емкость
двигателя; stroke volume — рабочий объем цилиндра; swept volume —
рабочий объем
Warm up — прогревать (двигатель)
Warming: global warming — глобальное потепление
Warranty — гарантия
Waste: fuel waste — потеря топлива; heat waste — потеря тепла; oily
waste — нефтесодержащие сточньгё воды; power waste — потеря
мощности
Water-wall — топочный экран
Wax — парафин; wax dispersing (additive) — диспергатор парафинов
Wear — износ
Well — резервуар, отстойник, карман для термопары
442
Wet: oil wet — смачиваемый нефтью, олеофильный; water wet -
смачиваемый водой, гидрофильный
AAA (American Automobile Association) — Американская
автомобильная ассоциация
AAMA (American Automobile Manufacturers Association) —
Американская ассоциация производителей автомобилей
ACC (American Chemistry Council) — Американский химический совет
ACEA (Association des Constructeures Europeenes d’Automobiles) —
Европейская ассоциация производителей автомобилей
AGO (atmospheric gas oil) — газойль атмосферной перегонки
ANSI (American National Standards Institute) — Американский
институт стандартизации
API (American Petroleum Institute) — Американский нефтяной
институт
ASA (American Standards Association) — Американское общество по
стандартизации
ASLE (American Society of Lubrication engineers) — Американское
общество инженеров-специалистов по смазке
ASME (American Society of Mechanical engineers) — Американское
общество инженеров-механиков
ASTM (American Society for Testing and Materials) — Американское
общество по испытаниям материалов
АТС — Технический комитет изготовителей присадок к
нефтепродуктам, Европа
ATIEL — Техническая ассоциация изготовителей смазочных
материалов, Европа
av (average) — средний
bbl (barrels) — баррели
BDC (bottom dead center) — нижняя мертвая точка
BDS (biodesulfurization) — обессеривание при помощи
микроорганизмов
b/hr (barrels per hour) — баррелей в час
bls (barrels) — баррели
bph (barrels per hour) — баррелей в час
BTC (British Technical Council) — Британский Технический Совет
BTU (British Thermal Unit) — Британская тепловая единица, БТЕ
(1 БТЕ = 1054,8 Дж)
ВТХ (benzene, toluene, xylene) — бензол, толуол, ксилол
САА (Clean Air Act) — Закон о чистом воздухе, США
СААА (Clean Air Act Amendments) — дополнения к Закону о чистом
воздухе
443
CAD (Crank angle degree) — угол поворота коленчатого вала
CARB (California Air Resources Board) — Калифорнийская комиссия
по воздушным ресурсам
CBG (clean burning gasoline) — чисто сгорающий бензин
CCD (combustion chamber deposits) — отложения в камере сгорания
CCR (continuous catalytic reforming) — непрерывный каталитический
риформинг
CCR (critical compression ratio) — критическая степень сжатия
СЕС (California Energy Commission) — Калифорнийская
энергетическая комиссия
СЕС (Coordinating European Council) — Европейский координа-
ционный Совет по разработке смазочных материалов и топлив
cf (cubic foot) — кубический фут (1 cf = 0,0283 м3);
cfd (cubic foots per day) — кубических футов в день
CFPP (cold filter plugging point) — температура забивки холодного
фильтра
CI (cetane index) — цетановый индекс
CMC (critical micelle concentration) — критическая концентрация
м и целлообразо ван ия
CN (cetane number) — цетановое число
CNG (compressed natural gas) — сжатый природный газ
СОС (Cleveland open cup) — открытый тигель (при определении
температуры вспышки нефтепродукта)
CONCAWE (Conservation of clean air and Water) — комиссия no
сохранению чистого воздуха и воды (Европа)
СР (cloud point) — температура помутнения
CRC (Coordinating Research Council) — Координационный Совет по
научным исследованиям
CWA (Clean Water Act) — Закон о чистой воде, США
DC (dead center) — мертвая точка
DI (drivability index) — индекс приемистости
DIG (Direct injection gasoline) — непосредственный
впрыск бензина(в
цилиндры)
DIN (Deutsche Industrie Norm, нем.) — Немецкий промышленный
стандарт
DISI (Direct injection spark-ignition) — непосредственный впрыск с
при нуд ител ьн ы м воспламен ен ием
DOE (Department of Energy)
Департамент
энергетических
США
ресурсов
DTA (Differential thermal analysis) — дифференциальный термический
анализ
ECI (electronic controlled injection) — впрыск топлива с электронным
управлением
444
EEB (European Environmental Board) — Европейская комиссия по
окружающей среде
EECS (electronic engine control system) — система электронного
управления двигателем
ЕЕН (effective emission height) — эффективная высота выброса
двигателем
e.g. (exempli gratia, лат.) — например
EGR (exhaust gas recirculation) — рециркуляция отработавших газов
ЕНС (Electrically heated catalyst) — катализатор дожига отработавших
газов с электроподогревом
ENI (Ente Nationale Idrocarburj, итал.) — Итальянская
Государственная энергетическая компания
EMA (Engine Manufacturers Association) — Ассоциация
производителей двигателей, США
ЕР (extreme pressure) — сверхвысокое давление
ЕРА (Environmental Protection Agency) — Агентство по охране
окружающей среды, США
EUDC (Extra Urban Driving Cycle) — испытания топлив по
загородному циклу
FBP (final boiling point) — конец кипения
FCC (fluid-catalytic cracking) — каталитический крекинг в
псевдоожиженном слое
FFO (furnace fuel oil) — печное бытовое топливо
FOA (fuel oil additive) — присадка к топливу
FTP (Federal test procedure) — федеральный метод испытания
GDI (gasoline direct injection) — прямой впрыск бензина
GTL (Gas-to-liquids) — газ-в-жидкость — технология получения
жидких топливных фракций из природного газа
g.p. (gauge pressure) — манометрическое давление
g.r. (gear ratio) — передаточное отношение
НСО (heavy cycle oil) — тяжелый газойль каталитического крекинга
HDA (hydrodearomatization) — гидродеароматизация
HDS (hydrodesulfurization) — гидрообессеривание
HFRR (high frequency reciprocating rig) — стенд с возвратно-
поступательными колебаниями высокой частоты (для испытаний
противоизносных свойств дизельных топлив)
hp (horse power) — лошадиная сила
HVGO (heavy vacuum gas oil) — тяжелый вакуумный газойль
IBP (initial boiling point) — начало кипения
IQT (ignition quality tester) — установка для определения цетанового
числа дизельного топлива
i.d. (id est) — то есть
IDP (inner dead point) — нижняя мертвая точка
445
IFP (Institut Fran ais du Petrole, франц.) — Французский институт
нефти
1LSAC (International lubricant Standardization and Approval Commitee) —
Международный комитет по стандартизации и одобрению смазочных
материалов
in (inch) — дюйм
ISO (International Standards Organization) — Международная
организация по стандартизации
IVD (intake valve deposits) — отложения на впускном клапане
JAMA (American Automobile Manufacturers Association) — Японская
ассоциация производителей автомобилей
KLSA (knock limited spark advance) — опережение зажигания,
лимитируемое детонацией
lb (libra, лат.) — фунт
LCO (light cycle oil) — легкий газойль
LD50 — смертельная доза для 50% животных
LNG (liquefied natural gas) — сжиженный природный газ — охлажден-
ный до температуры ниже — 160°С
LPG (liquefied petroleum gas) — сжиженный нефтяной газ: фактически
смесь бутана и пропана
LSD (low-sulfur diesel fuel) — низкосернистое дизельное топливо
LTFT (low temperature flow test) — определение температуры
застывания
LVGO (light vacuum gas oil) — легкий вакуумный газойль
MIL (moisture, impurities, usaponifiables) — влажность, механические
примеси, неомыляемые вещества (при испытаниях мыльных пластич-
ных смазок)
ml TEL (milliliters tetraethyl lead per gallon) — миллилитров тетраэтил-
свинца на галлон
MON (motor octane number) — октановое число, определенное
моторным методом
MP (melting point) — температура плавления
МТВЕ (methyl tertiary butyl ether) — метил-/ире/д-бутиловый эфир, МТБЭ
NAACS (National Ambient Air Quality Standard) — национальные
требования к качеству воздуха окружающей среды, США
NGC (natural gas compressed) — сжатый природный газ
NGL (natural gas liquids) — жидкие углеводороды С5+, выделенные из
природного газа
NOW (nonhazardous oil wastes) — неопасные нефтяные отходы
NLGI (National Lubricating Grease Institute) — Национальный (США)
институт пластичных смазок
NMHC (nonmethan hydrocarbons) — неметановые углеводороды:
446
составляющая выхлопа автомобилей, работающих на газообразном
топливе
NMOG (nonmethan organic gases) — неметановые органические газы:
составляющая выхлопа автомобилей, работающих на газообразном
топливе
OFP (ozone forming potential) — озонообразующий потенциал
ON (octane number) — октановое число
ONR (octane number requrement) — требование к октановому числу
OPEC (Organization of Petroleum Exporting Countries) — Организация
стран-экспортеров нефти
ORI (octane requirement increase) — рост требований к октановому числу
oz(ounce) — унция
PAD (Petroleum Administration for Defense) — Нефтяное стратегическое
управление, США
РАН (polyaromatic hydrocarbons) — полиароматические углеводороды
РАО (polyalphaolefin) — полиальфаолефин
pcf (pounds per cubic foot) — фунтов на куб. фут (16 г/дм3)
PFI (port fuel injected) — <с распределенным впрыском>
PIBA (polyisobutylene amine) — полиизобутиленамин: тип моющей
присадки к бензину
p.h. (per hour) — в час
PM (particulate matters) — твердые частицы
PMC — (Pensky-Martens cup) —тигель Пенски-Мартенса (для
определения температуры вспышки нефтепродуктов)
РМСС (Pensky-Martens closed cup) — закрытый тигель Пенски-
Мартенса (для определения температуры вспышки нефтепродуктов)
PNA (polynuclear aromatics) — многоядерные ароматические
углеводороды
РР (pour point) — температура застывания
ppm (parts per million) — частей на миллион, млн-1
PREDIC (PREmixed lean diesel combustion) — (система) сгорания с
предварительно подготовленной (обедненной) топливовоздушной
смесью
psi (pounds per scare inch) — фунтов на кв. дюйм (1 psi = 0,07 кг/см2 =
70 Па)
psig (pounds per scare inch gauged) — манометрических фунтов на кв.
дюйм
ptb (pounds per thousand barrels) — фунтов на тысячу баррелей
(концентрация присадок в топливе или масле; 1 ptb = 4 млн-1)
pu (per units) — в относительных единицах
pwr (power) — мощность
RCC (residue catalytic cracker) — остаток каталитического крекинга
RFG (reformulated gasoline) — реформулированный бензин
447
ROG (reactive organic gases) — реакционноспособные органические
газы: предшественники фотохимического смога
RON (research octane number) — октановое число, определенное
исследовательским методом
RVP (Reid vapour pressure) — давление паров по Райду
RWE (reactivity-weighted emissions) — выбросы реакционноактивных
веществ, предшественников фотохимического смога
SAE (Society of Automotive Engineers) — Общество инженеров
автомобилестроителей, США
SCO (syntetic crude oil) — синтетическая сырая нефть
SCR (selective catalytic reduction) — селективное каталитическое
восстановление (оксидов азота добавкой мочевины
и других аминов
отработавшим газам)
SFC (specific fuel consumption) — удельный расход топлива
SI (spark ignition) — принудительное воспламенение
SOF (soluble organic fractions)
растворимые органические
фракции
составляющая твердых частиц
SOI (start of injection) — начало впрыска (топлива)
SR (straight rune) — прямогонный
TBA (tertiary butyl alcohol) — /иреш-бутиловый спирт
TDP (top dead point) — верхняя мертвая точка
TEL (tetraethyl lead) — тетраэтилсвинец
THC (total hydrocarbon) — общее количество углеводородов (в
выхлопном газе)
TML (tetramethyl lead) — тсграметилсвинец
TLP (total liquid product) — общий выход жидких продуктов в
процессе
TSP (total suspended particles)
общее
количество взвешенных
частиц
TWC (tree-way catalyst)
катализатор тройного действия:
снижающий
выбросы СО, углеводородов и оксидов азота
UDC (upper dead center) — нижняя мертвая точка
LLSD (ultra-low-sulfur diesel fuel) — свсрхнизкосернистое дизельное
топливо
VB (visbreacking) — висбрекинг
VBGO (visbreacking gas oil) — газойль висбрекинга
VDE (vegetable derived esters) — эфиры растительного происхождения
VGO (vacuum gas oil) — вакуумный газойль
VOC (volatile organic compounds) — летучие органические соединения
составляющая твердых частиц
448
список использованной и
РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
К введению
1.	Большаков Г. Ф. Физико-химические основы применения топлив и ма-
сел // Теоретические аспекты химмотологии. — Новосибирск: Наука, Сибир-
ское отд., 1987. — 208 с.
2.	Гуреев А. А., Фукс И. Г., Лашхи В. Л. Химмотология. Учебник для студен- i [
тов вузов. — М.: Химия, 1986. — 368 с.	Д
3.	Лосиков Б. В., Пучков Н. Г., Энглин Б. А. Основы применения нефтепро-
дуктов. — М.: ГосНТИ нефтяной и топливной литературы, 1959. — 568 с,
4.	Папок К. К. Химмотология топлив и смазочных масел. — М.: Воениздат,
1981,- 192 с.
5.	Папок К. К., Рагозин Н. А. Словарь по топливам, маслам, смазкам, при-
садкам и спецжидкостям. — М.: Химия, 1975. — 392 с.
6.	Теоретические основы химмотологии / Под ред. А. А. Браткова. — М.:
Химия, 1985. — 320 с.
К главе 1
1.	Ахмедов Р. Б., Цирульников Р. М. Технология сжигания горючих газов и
жидких топлив. — JI.: Недра, 1984. — 238 с.
2.	Белинский С. Я. Энергетические установки электростанций. — М.: Энер-
гия, 1974. — 304 с.
3.	Бюссиен Р. Автомобильный справочник. М.: ГНТИ машиностроительной
литературы, 1959;Т. 1. Пер. с нем. / Подред. А. Н. Островиева,702с.;Т. 2. Пер.
с нем. / Под ред. А. А. Липгарта. — 974 с.
4.	Воликов А. Н. Сжигание газового и жидкого топлива в котлах малой мощ-
ности. — Л.: Недра, 1989. — 160 с.
5.	Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинирован-
ных двигателей / Под общей ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. — М.: Маши-
ностроение, 1985. — 456 с.
6.	Дмитриевский А. В., Тюфяков А. С. Бензиновые двигатели. — М.: Маши-
ностроение, 1986.— 216с.
7.	Зрелое В. Н„ Пискунов В. А. Реактивные двигатели и топливо. — М.: Ма-
шиностроение, 1968.— 312с.
8.	Кане А. Б. Судовые двигатели внутреннего сгорания. — Л.: Судостроение,
1980.-304 с.
9.	Карабин А. И., Раменская Е. С., Энно И. К. Сжигание жидкого топлива в
промышленных установках. — М.: Металлургия, 1966. — 372 с.
10.	Кондрашов В. М. и др. Двухтактные карбюраторные двигатели внутрен-
него сгорания. — М.: Машиностроение, 1990. — 272 с.
11.	Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль. — М.: Машино-
строение, 1987. — 320 с.	)
12.	Панкратов Г. П. Двигатели внутреннего сгорания, автомобили, тракто-
ры и их эксплуатация. — М.: Высшая школа, 1972. — 240 с.
29 - 449
449
13.	Резников М. И., Липов Ю. М. Паровые котлы тепловых электро-
станций. — М.: Энергоиздат, 1981. — 240 с.
14.	Сапожников Е. Н. Двигатели внутреннего сгорания. — Киев: Техн1ка
1965.- 308 с.
15.	Сидельковский А. Н., Юренев В. Н. Котельные установки промышленных
предприятий. — М.: Энергоатомиздат. 1988. — 528 с.
16.	Смайлис В. И. Малотоксичные дизели. — М.: Машиностроение, 1972. —
128 с.
17.	Уокер Г. Двигатели Стирлинга. — М.: Машиностроение, 1985. — 408 с.
18.	Устройство и летная эксплуатация силовых установок / Под ред.
Б. А. Соловьева. — М.: Транспорт, 1991. — 256 с.
19.	Ховах М. С., Маслов Г. С. Автомобильные двигатели. — М.: Машиност-
роение, 1971. —456 с.
К главе 2
1.	Абузова Ф. Ф., Бронштейн И. С., Новоселов В. Ф. и др. Борьба с потерями
нефти и нефтепродуктов при их транспортировке и хранении. — М.: Недра,
1981.-248 с.
2.	Алемасов В. Е., Прегалин А. Ф., Тишин А. П. Теория ракетных двигате-
лей. — М.: Машиностроение, 1989. — 464 с.
3.	Большаков Г. Ф. Образование гетерогенной системы при окислении уг-
леводородных топлив. — Новосибирск: Наука, Сибирское отд., 1990. —
248 с.
4.	Большаков Г. Ф. Теоретические основы химмотологии. Рабочие процессы
в ракетных, реактивных и поршневых двигателях. Препринт № 5. — Томск:
Томский филиал СО АН СССР, 1983. — 21 с.
5.	Воинов А. Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. — М.: Ма-
шиностроение, 1977. — 277 с.
6.	Воликов А. Н. Сжигание газового и жидкого топлива в котлах малой мощ-
ности. — Л.: Недра. 1989. — 160 с.
7.	Говорущенко Н. Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомо-
бильном транспорте. — М.: Транспорт, 1990. — 135 с.
8.	Гуреев А. А., Камфер Г. М. Испаряемость топлив для поршневых двигате-
лей. — М.: Химия, 1982. — 264 с.
9.	Двигатели внутреннего сгорания. Ч. 1. Теория рабочих процессов/
М. Н. Луканин и др. — М.: Высшая школа, 1995. — 368 с.
10.	Жегалин О. И., Лупачев П. Д. Снижение токсичности автомобильных
двигателей. — М.: Транспорт 1985. — 120 с.
11.	Забрянский Е. И., Зарубин А. /7. Детонационная стойкость и воспламеня-
емость моторных топлив. — М.: Химия, 1974. — 216 с.
12.	Звонов В. А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. — М.: Ма-
шиностроение, 1981.— 160 с.
13.	Иванченко Н. И., Семенов Б. Н., Соколов В. С. Рабочий процесс дизелей с
камерой в поршне. — Л.: Машиностроение, 1972. — 232 с.
14.	Карабин А. И., Раменская Е. С., Энно И. К. Сжигание жидкого топлива в
промышленных установках. — М.: Металлургия, 1966. — 372 с.
450
15.	Крюков В. Г., Наумов В. И., Демин А. В. и др. Горение и течение в агрега-
тах энергоустановок: моделирование, энергетика, экология. — М.: Янус-К,
1997.- 304 с.
16.	Костин А. К, Пугачев Б. П., Кочинев Ю. Ю. Работа дизелей в условиях
эксплуатации. — Л.: Машиностроение, 1989. — 284 с.
17.	Лернер М. О. Горение и экология. — М.: Контекст, 1992. — 312 с.
18.	Лернер М. О. Регулирование процесса горения в двигателях с искровым
зажиганием. — М.: Наука, 1972. — 292 с.
19.	Орлин А. С. и др. Теория рабочих процессов поршневых и комбинирован-
ных двигателей. — М.: Машиностроение, 1971. — 400 с.
20.	Папок К К., Пискунов В. А., Юреня П. Г. Нагары в реактивных двигате-
лях. — М.: Транспорт, 1971.— 112 с.
21.	Перегуд Е. А. Химический анализ воздуха. — М.: Химия, 1976
22.	Ровинский Ф. Я., Егоров В. И. Озон, окислы азота и серы в нижней атмос-
фере. — Л.: Гидрометеоиздат. 1986. — 184 с.
23.	Свиридов Ю. Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях. — Л.: Машино-
строение, 1972. — 224 с.
24.	Соколик А. С. Сгорание в транспортных поршневых двигателях. — М.:
Изд-во АН СССР, 1951.- 370 с.
25.	Соколик А. С. Сгорание и смесеобразование в дизелях. — М.: Изд-во АН
СССР. 1960.-222 с.
26.	СюняевЗ. И. Нефтяные дисперсные системы. — М.: Химия. 1990. — 224 с.
27.	Филиппов А. П. Обработка топлива и масла для судовых двигателей и
котлов. — М.: Транспорт. 1966. — 200 с.
28.	Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей сре-
ды. — М.: Транспорт. 1979. — 198 с.
К	главе 3
I.	Белосельский Б. С. Топочные мазуты. — М.: Энергия, 1978. — 256 с.
2.	Братков А. А., Серегин Е. П„ Горенков А. Ф. и др. Химмотология ракетных
и реактивных топлив. — М.: Химия, 1986.
3.	Вишнякова Т. П., Голубева И. А., Крылов И. Ф.. Лыков О. П. Стабилизато-
ры и модификаторы нефтяных дистиллятных топлив. — М.: Химия, 1990. —
192 с.
4.	Вольф М. Б. Химическая стабильность моторных и реактивных топлив. —
М.: Химия. 1970.-277 с.
5.	Геллер 3. И. Мазут как топливо. — М.: Недра, 1965. — 496 с.
6.	Гуреев А. А. Применение автомобильных бензинов. — М.: Химия, 1972. —
364 с.
7.	Гуреев А. А., Жоров Ю. М., Смидович Е. В. Производство высокооктановых
бензинов. — М.: Химия, 1981. — 219 с.
8.	Гуреев А. А., Камфер Г. М., Азев В. С. Топлива для дизелей. — М.: Химия,
1993.- 336 с.
9.	Гуреев А. А., Серегин Е. П., Азев В. С. Квалификационные методы испыта-
ний нефтяных топлив. — М.: Химия, 1984. — 200 с.
\0.	Данилов А. М. Применение присадок втопливах для автомобилей. Спра-
вочник. — М.: Химия, 2000. — 232 с.
29"
451
11.	Данилов А. М. Присадки и добавки. Улучшение эксплуатационных
свойств нефтяных топлив присадками. — М.: Химия. 1996. — 232 с.
12.	Денисов Е. Т., Ковалев Г. И. Окисление и стабилизация реактивных топ-
лив. — М.: Химия, 1983.— 272 с.
13.	Исагулянц В. И., Егорова Г. М. Химия нефти. Руководство к лаборатор-
ным занятиям. — М.: Химия, 1965.— 518 с.
14.	Лернер М. О. Химические регуляторы горения моторных топлив. — М.:
Химия, 1979. — 221 с.
15.	Микулич Ю. В., Карницкий В. В., Энглин Б. А. Пуск холодных двигателей
при низкой температуре. — М.: Машиностроение, 1971. — 216 с.
16.	Моторные, реактивные и ракетные топлива / Под ред. К. К. Папок и
Е. Г. Семенидо. — М.: ГНТИ нефтяной и топливной литературы, 1962. — 742 с.
17.	Моторные топлива, масла и присадки. Т. 1. Моторные топлива / Под
ред. К. К. Папок и Е. Г. Семенидо. — М.: Гостоптехиздат, 1954. — 512 с.
18.	Резников М. Е. Авиационные и ракетные топлива и смазочные материа-
лы. — М.: Воениздат, 1960. — 208 с.
19.	Саблина 3. А. Состав и химическая стабильность моторных топлив. —
М.: Химия, 1972. — 280 с.
20.	Саблина 3. А., Гуреев А. А. Присадки к моторным топливам. — М.: Хи-
мия, 1977. — 258 с.
21.	Терентьев Г. А., Тюков В. М., Смаль Ф. В. Моторные топлива из альтер-
нативных сырьевых ресурсов. — М.: Химия, 1989. — 272 с.
22.	Туманян Б. П. Научные и прикладные аспекты теории нефтяных
дисперсных систем. — М.: Техника, 2000. — 336 с.
23.	Филиппов А. П. Обработка топлива и масла для дизелей и котлов. — М.:|
Транспорт, 1966. — 200 с.
24.	Чертков Я. Б. Моторные топлива. — Новосибирск: Наука, 1987, — 208 с.1
25.	Чертков Я. Б. Современные и перспективные углеводородные реактив-1
ные и дизельные топлива. — М.: Химия, 1968. — 356 с.
26.	Чертков Я. Б., Спиркин В. Г. Применение реактивных топлив в авиа-
ции. — М.: Транспорт, 1974. — 160 с.
27.	Энглин Б. А. Применение жидких топлив при низких температурах. 3-е
издание, персраб. и дополн. — М.: Химия, 1980. — 208 с.
К	главе 4
1.	Венцель С. В. Применение смазочных масел вдвигателях внутреннего сго-
рания. — М.: Химия, 1979. — 237 с.
2.	Виленкин А. В. Масла для шестеренчатых передач. — М.: Химия, 1982. —
248 с.
3.	Виппер А. Б., Виленкин А. В., Гайснер Д. А. Зарубежные масла и присад-
ки. — М.: Химия, 1981. — 192 с.
4.	Григорьев М. А., Бунаков Б. М., Долецкий В. А. Качество моторных масел и
надежность двигателей. — М.: Стандарты, 1981. — 213 с.
5.	Гуреев А. А. Средства зашиты автомобильных материалов от коррозии. —
М.: Транспорт, 1983. — 209 с.
6.	Дерябин А. А. Смазка и износ двигателей. — Л.: Машиностроение. 1974. —
184 с.
452
7.	Джорджи К. В. Моторные масла и смазка двигателей. Пер. с англ. — М.:
ГНТИ нефтяной и горно-топливной литературы, 1959. — 528 с.
8.	Заславский Ю. С. Трибология смазочных материалов. — М.: Химия,
1991. -240 с.
9.	Ищук 10. Л. Технология пластичных смазок. — Киев: Наукова думка,
1986.-248 с.
10.	КламаннД. Смазки и родственные продукты / Пер. с англ. Г. И. Липки-
на под ред. Ю. С. Заславского. — М.: Химия, 1988. — 488 с.
II.	Климов К. И. Антифрикционные пластичные смазки. — М.: Химия,
1988,- 160 с.
12.	Кулиев А. М. Химия и технология присадок к маслам и топливам. 2-е из-
дание. — М.: Химия, 1985. — 312 с.
13.	Сафонов А. С.. Ушаков А. И., Юсковец Н. Д. Автомобильные эксплуата-
ционные материалы. — СПб: Гидрометеоиздат, 1998. — 230 с.
14.	Синицын В. В. Пластичные смазки в СССР. Ассортимент. Справочник. —
М.: Химия, 1979. — 272 с.
15.	Синицын В. В. Пластичные смазки за рубежом. Справочник. — М.: Хи-
мия, 1983, — 328 с.
16.	Синицын В. В. Подбор и применение пластичных смазок. 2-е изд. пере-
раб. и дополн. — М.: Химия, 1974. — 416 с.
17.	Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. 2-е
изд. / В. Д. Зозуля и др. — Киев: Наукова думка, 1990. — 264 с.
18.	Фукс И. Г., Буяновский И. А. Введение в трибологию: Учебное
пособие. — М.; Нефть и газ, 1995. —278 с.
19.	Фукс И. Г. Добавки к пластичным смазкам. — М.: Химия, 1982. — 248 с.
20.	Черножуков Н. И. Технология переработки нефти и газа. Ч. 3. Очистка и
разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов. — М.:
Химия, 1978.— 424 с.
21.	Шехтер Ю. И.. Крейн С. Э., Тетерина Л. Н. Маслорастворимые поверх-
ностно-активные вещества. — М.: Химия, 1978. — 301 с.
22.	Шехтер Ю. И., Школьников В. М., Богданова Т. И., Милованов В. Д. Рабо-
че-консервационныс смазочные материалы. — М.: Химия. 1979. — 253 с.
453
предметный указатель
Адиабата 79, 85
Адгезия 143, 148, 268, 287, 303, 305, 316
Адсорбция 144, 299, 331
Азота оксиды 41, 53, 65, 74 сл., 119, 122
сл., 129 сл., 135, 139, 159 сл„ 205,234,
337
Альдегиды 53, 100, 122 сл., 131 сл.
Анилиновая точка 172, 185
Антиоксиданты природные 61,192, 224
Асфальтены 227 сл.
Баланс тепловой 109. 116 сл.
Бенз-а-пирен 53, 75, 102, 127 сл., 208,
218,243
Бензин(ы) 87 сл„ 96, 99, 102, 173 сл., 179
сл., 187 сл., 192 сл., 206 сл., 211 сл., 224,
245, 260
авиационный 167. 168 сл., 211, 213, 216
сл,, 259
автомобильный 31,53, 165, 166 сл.,
213,216сл„ 231 сл., 252
реформулированный 222
Бензол 127, 138, 175, 179, 183, 213,218,
227, 250, 262
Ванадия оксиды 74 сл.
Впрыск
бензина 23 сл., 90, 141
дизельного топлива 84
Выбросы (см. Эмиссия)
Вязкости индекс 276 сл., 285, 291 сл.
Вязкости пьезодинамический
коэффициент 275, 287
Вязкостно-температурная характеристика
276 сл., 293,298,306,314,328
Вязкость 105, 133, 141, 143, 146, 148, 165,
177 сл., 197 сл., 211, 214, 231,250, 267
сл., 275 сл., 279. 285, 298, 305, 313 сл..
331 сл., 352 сл.
динамическая 306 сл., 332 сл., 352
кинематическая 275 сл., 292, 294, 306,
333 сл.
эффективная 306
Газы
выхлопные 100, 132
дымовые 71,74, 129. 133, 139,205
картерные 186
отработавшие (см. Отработавшие
газы)
Горение топлива 7 сл., 12, 24.28. 95, 101,
105, 114
Горючая смесь 25. 28, 87 сл., 181, 187
Давление 334 сл.
Давление насыщенных паров 175 сл., 211,
264
Двигатель (и)
бензиновый 82 сл., 87 сл., 96, 110, 115.
178
Ванкеля (см. рогорно-поршневые)
внутреннего сгорания 7 сл., 32, 83, 95
газотурбинные 9 сл., 54 сл., 70, 95, 120 сл.
двухтактные 9 сл., 25 сл., 31, 39 сл., 47,
49, 111, 140, 149
дизельные 7 сл., 32 сл., 68, 70, 83, 91
сл., 96, 102, 109 сл., 141, 178, 270
вихрекамерные 8, 10, 92
компрессорные 33, 82
маркировка 35, 356
предкамерные 8, 10
с непосредственным впрыском 8, 10
с неразделенной камерой сгорания 8,
93
с предварительным
смесеобразованием 91 сл.
с разделенной камерой сгорания 8,
10,93
карбюраторные 7, 11 сл., 23, 28 сл., 68,
70, 83, 89, 94 сл., 102, 109 сл., 141,
187, 232, 270
классификация 10
комбинированные 46
Отто (см. С принудительным
воспламенением)
паровые 19
поршневые 11 сл., 29, 46 сл., 53 сл., 58,
64 сл., 81,95, 98, 102, 109 сл.
ракетные 9, 62 сл., 80, 121
реактивные 9, 58 сл., 63, 80, 95, 105, 120
сл., 149, 292
роторно-поршневые 29 сл., 70
с внешним сгоранием 7,65сл.
с воспламенением от сжатия 8 сл. 32 сл,
82, 100 сл.
с впрыском бензина 23, 70, 90, 232
с наддувом 28, 115
с непрерывным процессом горения 9,
54 сл., 120 сл.
с периодическим процессом горения 7
сл.
с принудительным воспламенением 7
сл., 11 сл., 80, 149
Стирлинга 7, 65 сл., 90
Детонационная стойкость углеводородов
180 сл.
454
Детонация 29, 82, 97, 98 сл., 149, 179 сл.,
237
Дизельный индекс 185
Дисперсионные среды пластичных смазок
148, 295, 308, 310, 131, 314 сл., 321 сл.
Дым
сизый 100, 122
черный 122,134,242
Дымность продуктов сгорания 38, 119 сл.,
178, 234, 238
Жесткость воды 335
Жесткость работы двигателя 83, 93, 114,
211
Жидкости
гидравлические 277,327 сл.
охлаждающие 327
промывочные 147,273 сл.
синтетические 276, 281, 284, 290 сл., 313
диалкилбензолы 283,293
полиалкиленгликоли 283,290 сл.,
314
полиальфаолефины 283,292,314
полиорганосилоксаны 276, 282, 293
сл., 300, 310, 314, 316, 322
полифениловые эфиры 295,314 сл.
силиконовые (см.
Полиорганосилоксаны)
эфиры дикарбоновых кислот 283, 291
сл., 310, 314
эфиры кремниевой кислоты 295
эфиры полиатомных спиртов 283,
292,310,314
эфиры фосфорной кислоты 295
хлорфтору где водороды 295,314,
315
тормозные 329 сл.
Загрязнение окружающей среды 157 сл.,
161,209
Загустители пластичных смазок 304 сл.,
308, 313, 315 сл., 321 сл.
бентонитовые 318
мыльные 309, 313, 315 сл., 322
немыльные 148,313,317
неполярные 309
нолимочевинпые 315, 317, 322
пигменты 319
сажа 318
силикагель 317
Закоксовывание деталей двигателя 23,
178.244
Зольность нефтепродуктов 187,210, 212,
226, 284 сл.
Л-Зонд 41,43, 136
Износ 266, 311 сл., 335 сл.
деталей двигателя и топливной
аппаратуры 18, 38, ПО. 141,202 сл.,
238. 241,285
Индикаторная диаграмма
в координатах Р — V 111 сл.
в координатах Р — ф 99, 112 сл.
Испаряемость нефтепродуктов 89, 102,
157, 174 сл., 178, 291, 295, 308, 314
Калильное зажигание 23,97,99, 149, 184
Камера
конвективная 73сл.
сгорания 8, 21, 31 сл., 51 сл., 60 сл., 63
сл.,89сл.,97сл„ 100, 102, 105 сл.,
149, 179 сл., 186, 233 сл.
Катализаторы
выгорания сажи 45, 137
дожита отработавших газов 42, 128, 135,
238, 253
Каталитические нейтрализаторы (см.
Нейтрализаторы каталитические)
Кислотное число 280
Кислотность нефтепродуктов 199 сл., 212
Кислотные дожди 129
Клапаны двигателя 17 сл., 21, 25, 90, 141
Коксуемость 187,213,284
Коллоидно-химическое состояние
нефтепродуктов 193
Компрессоры 33, 46. 54, 56 сл.
Концентрационные пределы
воспламенения 103, 187
Коррозионная агрессивность
нефтепродуктов 211 сл., 232, 237,
280 сл.
продуктов сгорания 211 сл.
Коррозия 199 сл., 204 сл., 280, 285, 337 сл.
ванадиевая 200 сл., 227
газовая 338 сл.
кислотная (см. Химическая)
низкотемпературная 338
химическая 17 сл., 128, 200, 227, 337
электрохимическая 157, 199. 337 сл.
Коэффициент
избытка воздуха 42 сл., 60. 87 сл., 96 сл.,
99, 136, 180 сл.
подачи насоса 37
полезного действия 12, 32,46, 55, 77,
79, 82 сл., 89, 94, 116, 118, 189
индикаторный 59, 116
механический 117,238
термический 117
распределения октанового числа
182 сл.
теплопередачи 57, 349
трения 57, 274, 351, 353
455
Мазут (ы) 57 сл„ 69, 71,74, 107 сл„ 129,
133, 162, 165 сл„ 170, 193 сл., 204 сл„
227. 246 сл., 286
старение 194
физическая стабильность 193 сл.
Масла смазочные 18, 31,46 сл„ 59,61
сл., 105, 114, 122, 140 сл„ 178,214,
266 сл., 302 сл.. 315, 321 сл.
ассортимент 267 сл.
биоразлагаемость 295
гидравлические (см. Жидкости
гидравлические)
загущенные 276
индустриальные 267 сл., 284, 291
кабельные 267 сл.
классификация 267
компрессорные 267 сл., 291
консервационные 268, 271 сл.
консервационно-рабочие 272
легированные 269
маркировка 267 сл.
моторные 267 сл., 269 сл., 284, 291
нагрузочная характеристика 278 сл.
несущая способность 274 сл.
обкаточные 272 сл.
отработанные 147
пожароопасное!ь 282 сл., 285
прокачиваемость 285
промывочные (см. Жидкости
промывочные)
рабоче-консервационные 272
свойства
адсорбционные 279
антикоррозионные 146, 268. 280 сл.,
284
антиокислительные 146, 268,280 сл.,
284, 287
антипенные 282 сл.
антифрикционные 268, 274, 278
защитные 272, 280 сл.
моюще-диспергирующие 281 сл.
моющие 280, 286
нейтрализующие 285
низкотемпературные 287, 289 сл.
охлаждающие 268, 279 сл.
противозадирные 274, 278,291,310
противоизносные 268, 274, 278 сл.,
284,291,311
смазывающие 268, 272,274сл., 284
сл., 287, 289, 291 сл.
электроизоляционные 268
регенерация 145
синтетические (см. Жидкости
синтетические)
старение 145 сл.
тсрмостабильиость 280, 286 сл.
трансмиссионные 271 сл.
трансформаторные 268, 272
турбинные 267 сл.
энергетические 268
энергосберегающие 271
Маха число 167
Межмолекулярные взаимодействия
341 сл.
Мицеллообразование 342 ел.
Мониторинг окружающей среды 158 сл.
Мощность двигателя 9,61,87, 114. 115
сл., 141, 149, 171, 173,232, 234
индикаторная 115 сл.
эффективная 115сл„ 118
Нагар 17, 21 сл., 99, 196 сл., 225, 233, 238.
281, 285, 287
Нагарообразование 17, 31, 38, 102, 223,
225 сл., 241, 285
Наполнение цилиндров 149
Наполнители пластичных смазок 320 сл.
Нейтрализаторы отработавших газов 40
жидкостные 41, 138 сл.
каталитические 24 сл., 41, 42, 127, 135,
138 сл.
термические 41, 42, 138 сл.
Озон 123 сл., 132, 160
Озоновый экран 130 сл., 135
Окисление углеводородов 157. 189 сл.,
281
Оксигенаты 98, 221, 264
Октановое число 29, 31, 98 сл., 179 сл.,
211, 217 сл., 231 сл., 239 сл.. 245, 249,
255, 261 сл., 264
дорожное 179, 182 сл.
коэффициент распределения 182 сл.
по исследовательскому методу 179 сл.,
264
по моторному методу 179 сл., 250 сл.
рост требований 12, 99
смешения 181,264
требования двигателя 12,24,99, 101,
182
фактическое 182
Октановый индекс 179
Отложения
в карбюраторе 15, 196 сл., 238, 243
в картере 281
в системе охлаждения 50
донные в резервуарах 212
металлов на свечах зажигания 238 сл.
на деталях двигателя 19, 191, 196 сл.
на конвективных поверхностях 57, 73
456
i на впускных клапанах 18, 141, 188,
196 сл., 238, 243 сл.
на форсунке 196 сл.
Отработавшие газы 39 сл., 122 сл., 136 сл.
дожит 134сл.
дымность 38, 119 сл., 178,234,238
состав 53
токсичность 136, 141
Очистка воды и почвы от нефтепродуктов
161 сл. /
Паровая машина 66, 76 сл., 83
Паровая турбина 83
Парниковый эффект 124,134
Передачи механические 37, 50 сл.
Период задержки воспламенения 93, 106,
114, 235
Пластичные смазки (см. Смазки
пластичные)
Пленкообразующие ингибирующие
составы 303
Плотность 105, 133, 140, 168, 172, 185,
210сл., 224, 231, 265, 286, 294, 344 сл.
Поверхностно-активные вещества 202.
215, 243, 273, 300, 342 сл., 352
Поверхностное натяжение 177, 214, 345 сл.
Поверхность ювенильная 279, 353
Поршневые кольца 20 сл., 38
Потери нефтепродуктов 13 сл., 154 сл., 178
Предельно допустимые концентрации
122 сл., 125, 208, 283,350 сл.
Присадки
к смазочным маслам и пластичным
смазкам 133,308.313,319
адгезионные 322
антикоррозионные 269, 272, 295,
299 сл., 320, 322
антиокислительные 267,281,292,
295, 297 сл., 320, 322
антипенные 269, 272, 300 сл.
антисептические 304,310
антифрикционные 312,320
вязкостные (см. Загущающие)
депрессорные 269, 296, 298
загущающие 270, 272, 277, 298
модификаторы трения (см.
Ain ифрикционные)
моюше-диспергирующие 272,299
пакеты присадок 296, 301 сл.
противозадирные 298,320, 325
противоизносные 144 сл., 269, 272,
298, 320, 322, 325
к топливам
антидетонационные 183, 209, 221,
237 сл.
антидымные 86, 140, 238, 242 сл.,
245, 296
антинагарные 86, 99, 139, 238
антиобледенительные 102
антиокислительные 193, 221, 238,
240 сл., 245
антисажевые 133, 238
антистатические 86, 208,238, 246
деактиваторы металлов 238, 242
депрессорные 86, 102, 168, 194, 198,
223, 238, 245
диспергаторы парафинов 238
диспергирующие 133, 228, 238, 242
модификаторы трения 238
моющие 15 сл., 86, 139 сл., 207,221,
238, 243 сл.
промоторы воспламенения 104, 185,
224, 238, 240 сл., 245
противоводокристаллизуюшие 238,
244 сл.
противоизносные 225, 244 сл.
стабилизирующие 61, 193,238
Продукты сгорания (см. Отработавшие
газы)
Пуск холодного двигателя 18,49, 88,
102 сл., 128, 136. 138, 145, 187 сл., 240,
269
Работа двигателя 115 сл.
Рабочий процесс 109 сл., 120 сл.
Режим смазывания (см. Режим трения)
Режим трения
гидродинамический 142, 202, 279, 323,
352
гидростатический 143
граничный 143, 202, 353
жидкостной (см. Гидродинамический)
эластогидродинамический 275, 352
Рециркуляция картерных газов 139
Рециркуляция отработавших газов 139,
141
Сажа 41, 74 сл., 100 сл., 121 сл., 133,187,
238
Самовоспламенение топлива 32, 96 сл.,
101, 179, 186
Свободная энергия поверхности 346
Свечи зажигания 21, 22 сл., 29, 97, 100,
233
Сгорания топлив полнота 88, 100 сл.,
121 сл., 133, 187, 238
Сера в нефтепродуктах 129, 133, 169, 187,
199, 202, 204, 209, 211, 223, 226, 242,
250,338
Серы оксиды 53, 57, 74 сл., 122, 123,
128 сл., 135, 138, 161 сл., 200, 211, 337
457
Системы двигателя
впрыска бензина 17
выпуска отработавших газов 39 сл.
глушения шума 45
дожита отработавших газов 42
масляная 46, 137, 140
нейтрализации отработавших газов 11,
39 сл.
охлаждения 11,46 сл., 60, 63 сл., 149
очистки дымовых газов 74 сл.
подготовки и впуска рабочей смеси 11,
13
регенерации тепла отработавших газов
57
рециркуляции картерных газов 16
рециркуляции отработавших газов 17
смазки 11, 31, 47, 61 сл., 302
с сухим картером 47
топливная 35 сл., 59, 63
улавливания паров бензина 14
утилизации тепла 46
Скорость горения 120,179,224
Скорость распространения пламени 60,
96 сл.
Смазки пластичные 145, 147 сл., 266 сл.,
302 сл.
ассортимент 302 сл.
антифрикционные 302
биоразлагаемость 310 сл.
водостойкость 310 сл., 314, 317
загустители (см. Загустители
пластичных смазок)
испаряемость 308
классификация 302
канатные 303
коллоидная стабильность 303, 305, 308
консервапионные 302
механическая стабильность 309 сл.
нагрузочные характеристики 311
низкотемпературные 308, 314, 316
полужидкие 313
радиационная стойкость 310
свойства
адгезионные 320
антикоррозионные 312
антиокислительные 315
демпфирующие 302
защитные 311
консервапионные 312, 317
пенетраиия 307,313
предел прочности 305 сл., 313
противозадирные 311 сл., 315
противоизносные 148, 311, 314 сл.
реологические 305, 313
смазывающие 148, 314
тиксотропные 305, 309
уплотнительные 303
совместимость между собой 148, 312 сл.
состав 313 сл.
структура 148. 304
термостойкие 316
термоупрочнение 148, 309
химическая стабильность 308
Смазочно-охлаждающие технологические
среды 266, 325 сл.
Смазывающего действия механизм 142,
147
Смесеобразование 8 сл., 17, 87 сл., 94,
100, 105, 114, 174, 188, 238
Смог фотохимический 122, 127
Смолисто-асфальтеновые вещества 227,
284, 286 сл.
Смолы в нефтепродуктах 187, 189,
191 сл., 202, 211,225, 250, 285
Солюбилизация 299, 343 сл.
Сортность бензинов 98, 180 сл., 211
Стабильность нефтепродуктов 15
биологическая 195 сл., 295
коллоидная 308, 313
окислительная 146, 292,295,308 сл.
термическая 146, 223, 236, 238, 292,
295,309,314
радиационная 314
физическая 193 сл., 250
химическая 146, 189, 205, 218, 223, 227,
238, 250 сл., 254, 308 сл., 314
Степень сжатия 12, 31, 68, 82, 85, 99, 101,
183
Твердые смазочные материалы 323 сл.
Твердые смазочные покрытия 266, 323 сл.
Твердые частицы 53. 123, 132 сл., 139, 212
Теория смазки гидродинамическая 274 сл.
Тепловые машины 7, 10, 77 сл.
Теплоемкость 79, 174, 231, 236 сл., 280,
348 сл.
Теплонапряженность 83, 234
Теплообмен 57,99,349 сл.
Теплопередача 73 сл., 349
Теплопроизводительность 106, 172 сл.,
236
Теплопроводность 99, 349
Теплота 350
сгорания 171 сл., 213, 225, 231, 236 сл.
испарения (парообразования) 172, 231,
233
Теплотворная способность 168, 171, 232
Токсичность
нефтепродуктов 133, 213, 237 сл., 350 сл.
458
продуктов сгорания топлив 39. 101,
119, 122 сл., 133, 137 сл., 213, 221,238
Топливные насосы 32, 36 сл., 203, 273
Топливо(а)
альтернативное 228 сл.
ассортимент 165 сл.
газотурбинное 58, 170, 179, 226 сл.
дизельное 8, 53, 89, 102, 165 сл., 168 сл„
174, 193 сл., 202 сл., 211 сл., 222 сл.,
231,244, 249,256
жидкое из природного газа 231
искусственное жидкое 229 сл.
коррозионная агрессивность 211 сл.
котельное 86, 133, 171, 179, 213, 227 сл.,
250, 289
летучесть 207,217,261
моторное 170
остаточное 170 сл., 193
печное 167, 169 сл., 213, 251
реактивное 86, 166 сл., 168, 173 сл.,
179, 202 сл., 211 сл., 224 сл., 244 сл.,
249, 256
свойства
антидетонационные 179, 238, 249,
251,265
антикоррозионные 199 сл.
антинагарные 184, .196
антиокислительные 215, 226
антистатические 215
диэлектрические 207
моющие 196
наркотические 208
низкотемпературные 168 сл., 198,
222
пожароопасные 206 сл., 213
прокачиваемость 197 сл., 222
противоизносные 169, 201 сл., 215,
226
пусковые 187 сл., 219
токсические 208 сл.
экологические 209
состав 214 сл.
групповой углеводородный 181,
214 сл.
компонентный 216сл.
фракционный 214 сл.
химический 215
судовое
условное 173
фильтруемость 198, 212, 225
экологически улучшенное
эмульгируемость 203 сл.
экологически улучшенное 259
Точка росы 200, 238
Трансмиссия 50 сл.
Трение 266,278,351 сл.
Турбины газовые 9 сл., 46, 58, 200
Турбулентность 354
Турбулизация топливного заряда 97
Углеводороды
в продуктах сгорания топлив 100, 114,
119, 126 сл., 133, 135 сл., 139
полициклические ароматические 100,
123,127 сл., 159, 164, 208 сл., 218,
234,287
Углерода диоксид 53, 65, 100, 102, 107,
121, 123 сл.. 135, 139, 159, 231,233
Углерода оксид 41, 53, 65, 75, 100, 102,
104, 107, 119, 122 сл., 135 сл., 139, 159,
230 сл., 234, 243
Угол опережения впрыска 102
Угол опережения зажигания 97 сл.
Установки
газотурбинные 54 сл.
котельные 7, 10,69 сл., 95, 107
Фильтрация нефтепродуктов 86, 169 сл.
Фильтры
воздушные 54, 55 сл.
звуковых колебаний 46
масляные 48, 147, 285
топливные 14 сл., 35 сл., 59 сл., 69, 71
сажевые 39сл.,44сл„ 133, 137
Форсунки топливные 37 сл., 60 сл.,
72 сл., 106 сл.
электромагнитные 25
Фракционирование бензина во впускной
системе 16 сл., 23 сл., 90, 182
Фракционный состав 133, 140, 156, 165,
170 сл., 177 сл., 211
Характеристика (и) двигателя
винтовая 119
мощностная 101
нагрузочная 119
регулировочная 119
скоростная 117 сл.
Цетановое число 101, 104, 133, 169, 178,
184 сл., 188, 211,222 сл., 231 сл., 240
Цетановый индекс 185
Циклы тепловые
газотурбинной установки 84 сл.
Дизеля 84
Карно 80, 85
Отто 84
паровой машины 78 сл.
смешанный 33 сл., 84 сл.
Ренкина (см. Паровой машины)
Стирлинга 85
Тринклера (см. Смешанный)
Цилиндропоршневая группа 18 сл.,
38 сл.. 47,99, 102, 141,273
Чувствительность 179
Шум двигателя 45,68,71, 186
Щелочное число 283 сл.
Экологическая характеристика
двигателей и установок 53, 64, 74, 89
продуктов сгорания 122 сл.
Эмиссия 221
оксидов азота 53, 87 сл.
оксидов углерода 53, 87 сл., 232, 243
продуктов неполного сгорания 53
углеводородов 53, 87 сл., 223, 232
Энтропия 77 сл.. 354 сл.
Указатель биографических справок
Бергиус Ф.	229	Намегкин С. С.	296
Благовидов И.Ф.	296	Нобели (династия)	33
Большаков Г. Ф.	191	Отто Н. А.	12
Ван-дер-Ваальс Я. Д.	342	Папок К. К.	3
Ванкель Ф.	31	Петров Н.П.	143
Виноградов Г. В.	145	Ползунов И. И.	19
Годдард Р.	63	Рагозин В. И.	246
Гриневецкий В. И.	117	Ребиндер П. А.	352
Гудри Э.	252	Ренкин В. Д.	78
Гуреев А. А.	190	Семенило Е. Г.	277
Густавсон Г. Г.	263	Семенов Н. Н.	96
Даймлер Г.	12	Синицын В. В.	304
Дерягин Б. В.	143	Стечкин Б. С.	58
Дизель Р.	32	Стирлинг Р.	67
Жердева Л. Г.	278	Сюняев 3. И.	194
Заславский Ю. С.	145	Тринклер Г. В.	34
Зелинский Н. Д.	252	Тропш Г.	230
Ипатьев В. Н.	260	Уатт Дж.	76
Карно Н. Л. С.	80	Фишер Ф.	230
Клапейрон Б. П. Э.	81	Фукс Г. И.	353
Клаузиус	354	Харичков К. В.	288
Костович О. С,	12	Циолковский К. Э.	62
Кузьминский П. Д.	54	Черножуков Н. И.	215
Кулиев А. М.	296	Шухов В. Г.	72
Леший А. А.	250	Энглин Б. А.	105
Менделеев Д. И.	249	Эриксон Дж.	67
460
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ............................................................... 3
1.	ДВИГАТЕЛЬ............................................................ 7
1.1.	Классификация тепловых машин.................................... 7
1.2.	Поршневые двигатели внутреннего сгорания ...................... 11
1.2.1.	Принципиальная схема поршневого двигателя ................. 11
1.2.2.	Двигатели с принудительным воспламенением.................. II
1.2.3.	Двигатели с воспламенением от сжатия....................... 32
1.2.4.	Система нейтрализации и выпуска отработавших газов (ОГ) ... 39
1.2.5.	Система глушения шума...................................... 45
1.2.6.	Системы утилизации тепла отработавших газов................ 46
1.2.7.	Масляная система и система охлаждения ..................... 46
1.2.8.	Трансмиссия ............................................... 50
1.2.9.	Экологическая характеристика поршневых двигателей.......... 53
1.3.	Двигатели с непрерывным процессом горения...................... 54
1.3.1.	Газотурбинные двигатели и установки ....................... 54
1.3.2.	Реактивные (авиационные газотурбинные) двигатели........... 58
1.3.3.	Жидкостные ракетные двигатели ............................. 62
1.3.4.	Экологическая характеристика реактивных
и ракетных двигателей............................................ 64
1.4.	Двигатели с внешним сгоранием ................................. 65
1.5.	Общая характеристика двигателей................................ 69
1.6.	Котельные установки ........................................... 69
2.	ПРОЦЕСС ........................................................... 76
2.1.	Термодинамика и тепловые циклы ................................ 76
2.2.	Подготовка и впуск горючей смеси в поршневых двигателях ....... 86
2.2.1.	Подготовка и подача топлива................................ 86
2.2.2.	Смесеобразование в карбюраторном двигателе................. 87
2.2.3.	Смесеобразование в двигателе с впрыском бензина............ 90
2.2.4.	Смесеобразование в дизельном двигателе..................... 91
2.3.	Воспламенение и горение топлива................................ 95
2.3.1.	Общие представления о горении.............................. 95
2.3.2.	Горение в двигателях с принудительным воспламенением ...... 97
2.3.3.	Горение в двигателе с воспламенением от сжатия............ 100
2.3.4.	Пуск холодного поршневого двигателя ...................... 102
2.3.5.	Горение в реактивном и газотурбинном двигателе............ 105
2.3.6.	Горение ракетных топлив .................................. 105
2.3.7.	Смесеобразование и горение топлива в котельной установке . 107
2.4.	Рабочий процесс и индикаторные диаграммы...................... 109
2.4.1.	Рабочий процесс в поршневых двигателях ................... 109
2.4.2.	Основные показатели работы двигателей .................... 115
2.4.3.	Рабочий процесс в двигателях с непрерывным горением....... 120
2.5.	Нейтрализация и выпуск продуктов сгорания..................... 121
2.5.1.	Характеристика продуктов сгорания ........................ 121
2.5.2.	Нейтрализация продуктов сгорания.......................... 134
2.5.3.	Краткое описание методов снижения токсичности
продуктов сгорания топлив ....................................... 137
2.6.	Смазка двигателя............................................   137
461
2.7.	Охлаждение двигателя ........................................ 149
2.8.	Memorable fancy.............................................. 149
2.9.	Транспортировка и хранение нефтепродуктов ................... 153
2.10.	Некоторые аспекты мониторинга окружающей среды.............. 158
2.11.	Очистка воды и почвы ог нефтепродуктов...................... 161
3.	ТОПЛИВО ......................................................... 165
3.1.	Ассортимент и назначение топлив.............................. 165
3.1.1.	Автомобильные бензины ................................... 166
3.1.2.	Авиационные бензины ..................................... 168
3.1.3.	Реактивные топлива....................................... 168
3.1.4.	Дизельные топлива........................................ 168
3.1.5.	Печное бытовое топливо................................... 169
3.1.6.	Газотурбинное топливо.................................... 170
3.1.7.	Судовые топлива.......................................... 170
3.1.8.	Моторные топлива и мазуты ............................... 170
3.2.	Общие характеристики топлив.................................. 171
3.2.1.	Теплотворная способность................................. 171
3.2.2.	Теплоемкость............................................. 174
3.2.3.	Способность к смесеобразованию........................... 174
3.2.4.	Воспламеняемость и горючесть............................. 178
3.2.5.	Пусковые свойства моторных топлив........................ 187
3.2.6.	Химическая стабильность топлив........................... 189
3.2.7.	Физическая стабильность топлив........................... 193
3.2.8.	Биологическая стабильность............................... 195
3.2.9.	Моющие и антинагарные свойства .......................... 196
3.2.10.	Прокачиваемость......................................... 197
3.2.11.	Антикоррозионные и защитные свойства.................... 199
3.2.12.	Совместимость с неметаллическими материалами ............201
3.2.13.	Противоизносные свойства топлив .........................201
3.2.14.	Эмулы ируемость топлив...................................203
3.2.15.	Содержание гетероатомных элементов ......................204
3.2.16.	Безопасность топлив......................................206
3.2.17.	Экологические свойства топлив ...........................209
3.2.18.	Другие нормируемые показатели............................210
3.2.19.	Значимость нормируемых показателей ......................210
3.3.	Состав топлив.................................................214
3.3.1.	Что такое «состав нефтепродукта»?.........................214
3.3.2.	Автомобильные и авиационные бензины ......................216
3.3.3.	Дизельные топлива.........................................222
3.3.4.	Реактивные топлива........................................224
3.3.5.	Топлива для газовых турбин................................226
3.3.6.	Котельные топлива ........................................227
3.3.7.	Альтернативные топлива....................................228
3.3.8.	Ракетные топлива..........................................234
3.3.9.	Присадки к топливам ......................................237
3.4.	Основные процессы получения топлив............................246
3.4.1.	Общий обзор...............................................246
3.4.2.	Прямая перегонка .........................................247
3.4.3.	Термический крекинг и висбрекинг..........................249
3.4.4.	Пиролиз и коксование......................................251
3.4.5.	Каталитический крекинг ...................................252
3.4.6.	Гидрокрекинг..............................................254
3.4.7.	Гидроочистка, обессеривание, деароматизация...............256
462
3.4.8.	Риформинг............................................. 259
3.4.9.	Алкилирование..........................................260
3.4.10.	Изомеризация......................................... 262
3.4.11.	Олигомеризация....................................... 264
3.4.12.	Синтез МТБЭ и его аналогов............................264
4.	СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ......................266
4.1.	Виды и назначение смазочных материалов ....................266
4.2.	Классификация и маркировка смазочных масел.................267
4.2.1.	Общий ассортимент..................................... 267
4.2.2.	Индустриальные масла ..................................267
4.2.3.	Моторные масла.........................................269
4.2.4.	Трансмиссионные масла..................................271
4.2.5.	Консервационные масла..................................271
4.2.6.	Обкаточные масла ......................................272
4.2.7.	Промывочные масла .....................................273
4.3.	Общие характеристики смазочных масел.......................274
4.3.1.	Смазывающая способность ...............................274
4.3.2.	Охлаждающие свойства.................................. 279
4.3.3.	Антикоррозионные и защитные свойства...................280
4.3.4.	Антиокислительные свойства ............................281
4.3.5.	Моюще-диспергирующие свойства .........................281
4.3.6.	Антипенные свойства ...................................282
4.3.7.	Токсичность и пожарная опасность масел.................282
4.3.8.	Характеристика стандартных показателей качества масел..283
4.4.	Состав и технология смазочных масел .......................284
4.4.1.	Производство товарных масел............................284
4.4.2.	Нефтяные базовые основы................................286
4.4.3.	Синтетические жидкости ................................290
4.4.4.	Присадки ...;..........................................295
4.5.	Пластичные смазки..........................................302
4.5.1.	Назначение и ассортимент пластичных смазок.............302
4.5.2.	Структура и общие свойства пластичных смазок...........304
4.5.3.	Состав пластичных смазок...............................313
4.5.4.	Технология пластичных смазок...........................321
4.6.	Твердые смазывающие материалы..............................323
4.7.	Смазочно-охлаждаюшие технологические среды ................325
4.8.	Технические жидкости ..................................... 327
4.8.1.	Охлаждающие жидкости.................................  327
4.8.2.	Гидравлические жидкости................................327
ТЕЗАУРУС ..........................................................331
ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................................356
Приложение 1. Справочные материалы .............................356
Приложение 2. Перевод нестандартных мер в единицы СИ ...........397
Приложение 3. Основные периодические издания,
в которых рассматриваются вопросы химмотологии..................399
Приложение 4. Краткий русско-английский словарь
химмотологических терминов и выражений..........................401
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ И РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...................449
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ..............................................454
463
Научное издание
Александр Михайлович Данилов
ВВЕДЕНИЕ В ХИММОТОЛОГИЮ
Все права защищены. Никакая часть данного издания
не может быть воспроизведена в любой форме
или любыми средствами, электронными,
механическими, включая фотографирование,
ксерокопирование или иные средства копирования
или сохранения информации,
без письменного разрешения издательства.
Редактор Ю. Н. Кузьмичева
Оформление и верстка В. В. Земсков
Формат 60 х 90 '/|6. Печать офсетная.
Тираж 1000 экз. Заказ 449
Отпечатано в полном соответствии
с качеством предоставленных диапозитивов
в ОАО «Можайский полиграфический комбинат»
143200, г. Можайск, ул. Мира, 93.