Химмотология - Гуреев А.А., Фукс И.Г., Лашхи В.Л.

1.3. Качество топлив и смазочных материалов
1.4. Квалификационные методы оценки качества
Глава 2. Тепловые двигатели и классификация топлив
Глава 3. Эксплуатационные свойства топлив
3.4. Стабильность топлив и их склонность к образованию отложений
3.5. Коррозионная активность и совместимость с неметаллическими материалами
4.1.2. Прогрев, приемистость, износ и экономичность работы двигателя
4.2.2. Детонационная стойкость и октановое число
4.2.3. Требования к детонационной стойкости бензинов
4.2.4. Пути повышения детонационной стойкости бензинов
4.2.5. ^Склонность бензинов к калильному зажиганию
4.4. Стабильность и склонность к образованию отложений
4.4.2. Склонность к образованию отложений во впускной системе и нагара в камерах сгорания
4.5. Коррозионная активность и другие эксплуатационные свойства
4.6. Современные и перспективные бензины
5.3 2. Влияние загрязнений и механических примесей
5.4. Стабильность и склонность к образованию отложений
5.9. Современные и перспективные топлива
Глава 6. Топлива для реактивных двигателей
6.3.4. Влияние загрязнений и механических примесей
6.4. Стабильность и склонность к образованию отложений
6.4.2. Термоокислительная стабильность и склонность к образованию отложений
6.5. Коррозионная активность и совместимость с неметаллическими материалами
6.8. Современные и перспективные топлива для реактивных двигателей
Глава 7. Топлива для газотурбинных и котельных установок
7.1.2. Прокачиваемость, стабильность и склонность к образованию отложений
7.2.3. Стабильность, склонность к образованию отложений и коррозионная активность
7.3. Современные и перспективные газотурбинные и котельные топлива
Глава 8. Общие проблемы химмотологии смазочных масел
8.2. Требования к эксплуатационным свойствам масел
8.3.3. Противокоррозионные и защитные свойства
8.3.7. Совместимость, сохраняемость и экологические свойства
9.3.4. Антиокислительные и моющие свойства
Глава 10. Масла для реактивных двигателей
10.3.2. Вязкостно-температурные свойства
10.4. Современные и перспективные масла для реактивных двигателей
11.3.2. Вязкостно-температурные свойства
11.3.3. Антиокислительные, противокоррозионные и защитные свойства
11.4. Современные и перспективные трансмиссионные масла
Глава 12. Индустриальные масла и масла прочего назначения
12.1.2. Эксплуатационные свойства
12.1.3. Современные и перспективные индустриальные масла
12.2.2. Масла для прокатных станов
12.2.3. Турбинные масла
Глава 13. Рациональное применение смазочных масел в технике
13.2. Изменение качества масел в процессе работы
13.3. Пути эффективного и экономного использования масел
Глава 14. Основы применения пластичных смазок
14.5. Регулирование и улучшение качества смазок
15.2. Физико-химические основы смазочного действия
15.3. Регулирование и улучшение смазочной способности
15.4. Современные антифрикционные смазки
16.2. Физико-химические основы защитного действия
16.3. Регулирование и улучшение защитных свойств
16.4. Современные консервационные смазки
17.2. Физико-химические основы герметизирующего действия
17.3. Регулирование и улучшение герметизирующей способности
18.3. Жидкости для гидравлических систем
Автор: Гуреев А.А. Фукс И.Г. Лашхи В.Л.
Теги: масла жиры воски клеящие вещества смолы камеди химическая промышленность топливо горюче-смазочные материалы химмотология
Год: 1986
Похожие
Факельные установки
Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа
Технологическое оборудование жироперерабатывающих производств
Химия и технология присадок к маслам и топливам
Текст
                    ые шей
ШКО1Ы
А. А. Гуреев
И. Г. Фукс
В.Л.Лашхи
Химмотология
Допущено Министерством
высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебника для студентов вузов,
обучающихся по специальности
«Химическая технология переработки
нефти и газа»
МОСКВА
'ХИМИЯ*
1986

6П7.43
Г951
УДК 665,7.035
Гуреев А. А., Фукс И. Г., Лашхи В. Л.
Химмотология. — М.: Химия, 1986 г. — 368 с, ил.
В книге изложены теоретические основы химмотологии, современные
представления о физико-химических и эксплуатационных свойствах
нефтепродуктов, рациональном применении их в технике. Рассмотрено влияние
качества топлив, смазочных материалов и жидкостей на надежность и
долговечность машин и механизмов; даны принципы оценки качества и
приведены современные и перспективные нефтепродукты.
Книга предназначена студентам нефтяных и машиностроительных
вузов, специализирующимся в области производства и применения
нефтепродуктов; полезна также работникам авиационной, автомобильной и других
отраслей промышленности, занятым эксплуатацией всех видов техники.
368 с, 85 табл., 80 рис., 34 литературные ссылки.
Рецензенты: доктор технических наук, профессор Г. П.
Покровский, доктор технических наук, профессор Е. И. Гулин. я кандидат
технических наук, доцент Д. П. Якубо.
2803020000-116
050(01)-86 116'86
© Издательство «Химия», 1986 г.

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие 6
Введение 8
Глава 1. Научные основы химмотологии И
1.1. Химмотология — новая отрасль знаний И
1.2. Задачи химмотологии 12
1.3. Качество топлив и смазочных материалов 15
1.4. Квалификационные методы оценки качества 19
Раздел I. Химмотология топлив 22
Глава 2. Тепловые двигатели и классификация топлив 22
2.1. Классификация и принципы работы тепловых двигателей ... 22
2.2. Классификация топлив 28
Глава 3. Эксплуатационные свойства топлив 33
3.1. Испаряемость 36
3.2. Воспламеняемость и горючесть 39
3.3. Прокачиваемость 46
3.4. Стабильность топлив и их склонность к образованию отложений 56
3.5. Коррозионная активность и совместимость с неметаллическими
материалами 68
3.6. Защитная способность 75
3.7. Противоизносные свойства 76
3.8. Охлаждающая способность 78
3.9. Экологические свойства 79
Глава 4. Бензины 91
4.1. Испаряемость 93
4.1.1. Пусковые свойства и склонность к образованию паровых
пробок 95
4.1.2. Прогрев, приемистость, износ и экономичность работы
двигателя 98
4.2. Воспламеняемость и горючесть 100
4.2.1. Нормальное и детонационное сгорание 100
4.2.2. Детонационная стойкость и октановое число 103
4.2.3. Требования к детонационной стойкости бензинов . . . . 106
4.2.4. Пути повышения детонационной стойкости бензинов . . . 109
4.2.5. ^Склонность бензинов к калильному зажиганию . . . . 115
4.3. Прокачиваемость 116
4.4. Стабильность и склонность к образованию отложений . . . . 117
4.4.1. Физическая и химическая стабильности 117
4.4.2. Склонность к образованию отложений во впускной системе и
нагара в камерах сгорания 120
4.5. Коррозионная активность и другие эксплуатационные свойства . . 123
4.6. Современные и перспективные бензины 125
Глава 5. Дизельные топлива 127
5.1. Испаряемость 130
5.2. Воспламеняемость и горючесть ... 134
5.3. Прокачиваемость 140
5.3.1. Низкотемпературные свойства 141
5.3 2. Влияние загрязнений и механических примесей . . . . 144
5.4. Стабильность и склонность к образованию отложений . . . 146
5.5. Коррозионная активность 151
5.6. Защитная способность 154
5.7. Противоизносные свойства 156
5.8. Экологические свойства 158
5.9. Современные и перспективные топлива 159
3

Глава 6. Топлива для реактивных двигателей 161
6.1. Испаряемость 164
6.2. Воспламеняемость и горючесть 167
6.3. Прокачиваемость 168
6.3.1. Образование кристаллов углеводородов 169'
6.3.2. Образование кристаллов льда 172
6.3.3. Образование паровоздушных пробок 174
6.3.4. Влияние загрязнений и механических примесей 175
6.4. Стабильность и склонность к образованию отложений . . . . 176
6.4.1. Физическая и химическая стабильности 176
6.4.2. Термоокислительная стабильность и склонность к образованию
отложений 178
6.5. Коррозионная активность и совместимость с неметаллическими
материалами 182
6.6. Защитные свойства 184
6.7. Противоизносные свойства 185
6.8. Современные и перспективные топлива для реактивных
двигателей .... 188
Глава 7. Топлива для газотурбинных и котельных установок . . . 191
7.1. Газотурбинные топлива ' 191
7.1.1. Испаряемость, воспламеняемость и горючесть 193
7.1.2. Прокачиваемость, стабильность и склонность к образованию
отложений 194
7.1.3. Коррозионная активность 195
7.2. Топлива для котельных установок 199
7.2.1. Испаряемость, воспламеняемость и горючесть 200
7.2.2. Прокачиваемость 201
7.2.3. Стабильность, склонность к образованию отложений и
коррозионная активность 203
7.3. Современные и перспективные газотурбинные и котельные топлива 204
Раздел II. Химмотология смазочных масел .... 206
Глава 8. Общие проблемы химмотологии смазочных масел . . . 206
8.1. Классификация смазочных масел 206
8.2. Требования к эксплуатационным свойствам масел ' 207
8.3. Эксплуатационные свойства 208
8.3.1. Смазочные свойства , 208
8.3.2. Вязкостные свойства 211
8.3.3. Противокоррозионные и защитные свойства 214
8.3.4. Антиокислительные свойства 2i6
8.3.5. Моющие свойства 218
8.3.6. Противопенные свойства 219
8.3.7. Совместимость, сохраняемость и экологические свойства . . 220
8.4. Состав смазочных масел 221
Глава 9. Масла для поршневых двигателей . . 224
9.1. Система смазки поршневых двигателей . . 224
9.2. Требования к качеству масел 225
9.3. Эксплуатационные свойства 226
9.3.1. Смазочные и противокоррозионные свойства 226
9.3.2. Вязкостно-температурные свойства 229
9.3.3. Защитные свойства 230
9.3.4. Антиокислительные и моющие свойства 231
9.4. Современные и перспективные масла 232
Глава 10. Масла для реактивных двигателей 239
10.1. Система смазки реактивных двигателей и газовых турбин . . 239
10.2. Требования к качеству масел 240
10.3. Эксплуатационные свойства 242
10.3.1. Смазочные, противокоррозионные и защитные свойства . . 242
10.3.2. Вязкостно-температурные свойства 244
4

10.3.3. Антиокислительные свойства 246
10.4. Современные и перспективные масла для реактивных двигателей 247
Глава 11. Трансмиссионные масла 250
11.1. Система смазки трансмиссий 250
11.2. Требования к качеству масел 251
11.3. Эксплуатационные свойства 252
11.3.1. Смазочные свойства 252
11.3.2. Вязкостно-температурные свойства : 253
11.3.3. Антиокислительные, противокоррозионные и защитные свой- ,
ства 255
11.4. Современные и перспективные трансмиссионные масла . . . 256
Глава 12. Индустриальные масла и масла прочего назначения . . 260
12.1. Индустриальные масла . . 260
12.1.1. Требования к качеству масел 260
12.1.2. Эксплуатационные свойства 261
12.1.3. Современные и перспективные индустриальные масла . . 261
12.2. Масла различного назначения 264
12.2.1. Приборные масла 264
12.2.2. Масла для прокатных станов 265
12.2.3. Турбинные масла 265
12.2.4. Компрессорные масла 266
12.2.5. Масла для холодильных машин . 267
12.2.6. Цилиндровые масла 268
Глава 13. Рациональное применение смазочных масел в технике . . 269
13.1. Смазочное масло — элемент конструкции смазываемого объекта 269
13.2. Изменение качества масел в процессе работы 270
13.3. Пути эффективного и экономного использования масел . . . 274
Раздел III. Химмотология пластичных смазок и
технических жидкостей 278
Глава 14. Основы применения пластичных смазок 278
14.1. Состав и коллоидная структура смазок 279
14.2. Назначение и классификация смазок 282
14.3. Требования к качеству смазок 285
14.4. Основные свойства смазок 287
14.5. Регулирование и улучшение качества смазок 294
Глава 15. Антифрикционные смазки 298
15.1. Назначение, классификация и методы исследования смазок . . 299
15.2. Физико-химические основы смазочного действия 302
15.3. Регулирование и улучшение смазочной способности .... 306
15.4. Современные антифрикционные смазки 313
Глава 16. Консервационные смазки 316
16.1. Назначение, классификация и методы исследования смазок . . 317
16.2. Физико-химические основы защитного действия 321
16.3. Регулирование и улучшение защитных свойств 326
16.4. Современные консервационные смазки 331
Глава 17. Уплотнительные смазки 333
17.1. Назначение и классификация смазок 333
17.2. Физико-химические основы герметизирующего действия . . . 336
17.3. Регулирование и улучшение герметизирующей способности . . 340
17.4. Современные уплотнительные смазки . 342
Глава 18. Технические жидкости 344
18.1. Пусковые жидкости 344
18.2. Охлаждающие жидкости 347
18.3. Жидкости для гидравлических систем 353
18.4. Тормозные жидкости 360
Рекомендуемая литература 362
Предметный указатель 364
5

ПРЕДИСЛОВИЕ
Научно-технический прогресс в народном хозяйстве опирается
на непрерывный и все ускоряющийся рост производства и
потребления энергии. При этом на первый план выдвигаются
проблемы расширения энергетических ресурсов, рационального
использования традиционного нефтяного сырья, экономного
расходования топлив и смазочных материалов наиболее
распространенным потребителем — двигателем внутреннего сгорания.
Родилось новое направление в науке и технике — теория и
практика рационального применения топлив и смазочных
материалов. Это направление получило название химмотология —
производное от слов химия, мотор и наука.
Химмотология сегодня решает актуальные
инженерно-технические и научные задачи в области качества, эксплуатационных
свойств и рационального применения топлив, масел, смазок и
технических жидкостей. Основным объектом химмотологии
является двигатель внутреннего сгорания, где проблемы
использования топлив и смазочных материалов оказались наиболее
трудными и многоплановыми. Однако многие теоретические
положения и практические рекомендации химмотологии
оказываются пригодными не только для двигателей, но и для других
видов машин и механизмов.
Возникла и развивается химмотология на стыке таких наук,
как органическая, физическая и коллоидная химия, химическая
физика, теплотехника и термодинамика, машиноведение,
экономика и экология. В ее основе лежат труды в области химии и
технологии переработки нефти советских ученых
Наметкина С. С, Топчиева А. В., Петрова А. Д., Сергиенко Р. С, Обо-
ленцева Р. Д., Исагулянца В. И. и других. В развитие и
становление химмотологии как самостоятельной отрасли знаний
внесли вклад профессора Папок К. К-, Семенидо Е. Г., Лоси-
ков Б. В., Крейн С. Э., Рожков И. В., Братков А. А.,
Большаков Г. Ф., Гулин Е. И., Радченко Е. Д., Аксенов А. Ф. и многие
другие. Практика работы предприятий и организаций многих
отраслей народного хозяйства как производящих топлива и
смазочные материалы, так и потребляющих их выявила
необходимость и целесообразность организации специальной
подготовки инженерно-технических кадров, владеющих научными и
практическими знаниями в области химмотологии. С этой целью

в высших учебных заведениях страны созданы химмотологиче-
ские специализации в рамках ряда специальностей.
Данный учебник основан на материалах лекций по общему
курсу химмотологии всех видов топлив, смазочных материалов
и жидкостей. Это — первый учебник для вузов по
химмотологии, но он продолжает и развивает основные положения,
изложенные в ряде монографий и ранее изданных учебниках па
топливам и смазочным материалам для автотракторной
техники, авиационного транспорта и т. п.
Издательство «Химия» начало выпуск серии книг, в
которых излагаются научные основы химмотологии, а также
химмотология отдельных видов топлив, масел, смазок и
технических жидкостей. Эти книги будут полезны студентам при более
глубокой проработке отдельных разделов лекционного курса.
Предисловие, введение, главы с 1—7 и 18 написаны
заслуженным деятелем науки и техники РСФСР, профессором Гу-
реевым А. А., главы 13—17 профессором, доктором технических
наук Фуксом И. Г., главы 8—12 доктором технических наук
Лашхи В. Л.

ВВЕДЕНИЕ
Основным направлением экономического и социального
развития страны на XII пятилетку и до 2000 года является ускорение
научно-технического прогресса. Преобладающие темпы роста
энерговооруженности обусловлены необходимостью повышения
производительности труда и эффективности общественного
производства. Следует отметить, что СССР — единственное в мире
крупное индустриальное государство, базирующее свое
экономическое развитие на собственных топливно-энергетических
ресурсах. В послевоенный период мы смогли добиться
существенного повышения экономической эффективности энергетики за
счет увеличения доли нефти и газа в топливно-энергетическом
балансе.
Широкое применение нефтяных фракций в качестве топлив
обусловлено их высокой теплотой сгорания, относительно
низкой стоимостью и удобствами использования. При сгорании
1 кг нефтяного топлива выделяется более 41700 кДж тепла,
тогда как при сгорании 1 кг угля — около 33300 кДж, а 1 кг
древесины — около 19500 кДж. Себестоимость добычи нефти
ниже себестоимости разработки угля. Жидкие нефтяные
топлива удобно транспортировать, легко сжигать с помощью
различного рода форсунок, при этом они сгорают без образования
зольных отложений. Все эти преимущества жидких нефтяных
топлив привели к быстрому росту их потребления и появлению
существенного различия между структурой запасов и
структурой добычи минерального топлива: подавляющая часть
прогнозных и разведанных запасов нашей страны приходится на уголь,
доля которого в топливно-энергетическом балансе в настоящее
время незначительна.
Нефть относится к невозобновляемым видам сырья, запасы
ее в недрах земли ограничены. Старые месторождения
постепенно истощаются. Нефть приходится откачивать насосами,
выдавливать из пластов водой, продуктами сгорания,
воздействовать химическими реагентами. Тем не менее в недрах остается
половина запасов, так как извлекать нефть полностью пока не
удается. Новые месторождения нефти открывают, как правило,
в труднодоступных, малообжитых районах, либо на морском
шельфе. Затраты на добычу нефти увеличиваются.
Все эти обстоятельства привели к тому, что темпы роста
добычи нефти в последние годы значительно снизились во многих
странах мира. Возникло несоответствие между все
возрастающими потребностями в топливах для двигателей внутреннего
сгорания и возможностями удовлетворения этих потребностей
нефтеперерабатывающей промышленностью. Для преодоления
такого несоответствия необходимы усилия как производителей
топлив, так и их потребителей, т. е. всех практически отраслей

промышленности. Пути сбалансированного развития
производства и потребления моторных топлив на ближайшие 10—15 лет
в общем виде могут быть представлены следующими тремя
направлениями.
/. Увеличение ресурсов жидких нефтяных топлив:
1) углубление переработки нефти (повышение выхода
топлив);
2) оптимизация качества топлив с целью расширения их
ресурсов.
//. Снижение расхода топлив в двигателях:
1) дизелизация автомобильного парка;
2) конструктивные усовершенствования двигателей;
3) снижение фактического расхода топлив в условиях
эксплуатации двигателей.
III. Применение альтернативных топлив:
1) газообразные углеводородные топлива (сжиженные и
сжатые газы);
2) топлива из углей, сланцев и других горючих ископаемых;
3) кислородсодержащие топлива и их компоненты (спирты,
эфиры и др.);
4) водород.
Первое направление связано с повышением эффективности
переработки той нефти, которую добываем. По существующей
технологии переработки из нефти получают около 50% мазута,
который используют в качестве котельного топлива. Заменив
мазут в котельных, например, на природный газ, можно с
помощью дополнительной переработки получить значительные
количества топлив для двигателей внутреннего сгорания.
Переработка тяжелых фракций и нефтяных остатков увеличивает
ресурсы моторных топлив, повышает эффективность
использования нефти. Однако вовлечение продуктов вторичной
переработки нефтяного сырья влияет на качество товарных топлив.
Расширение ресурсов топлив достигается также
оптимизацией их качества. Отдельные показатели качества топлив
зависят от очень многих факторов, связанных с совершенствованием
двигателей и возможностями нефтеперерабатывающих заводов
(качество и стоимость нефти, набор технологических установок,
применение присадок и т. д.). Все эти факторы изменяются с
течением времени, поэтому качество товарных топлив
приходится периодически оптимизировать с целью уменьшения затрат
на производство с одновременным получением максимальной
эффективности в эксплуатации.
Второе направление — снижение норм расхода топлив как за
счет конструктивных изменений и усовершенствования
технологии изготовления двигателей, так и за счет их более
экономичной эксплуатации. Большие резервы снижения расхода топлив
заложены в дизелизации автомобильного парка. Дизели
расходуют на 25—30% меньше топлива, чем карбюраторные
двигатели при совершении одной и той же работы. Дизелизация трак-

торного парка в нашей стране завершена, на очереди
автомобильный парк. Дизелизация и конструктивное
совершенствование двигателей влияют не только на расход топлив, но и на
изменение требований к их качеству.
Третье направление — расширение ресурсов топлив для
двигателей за счет использования ненефтяных видов сырья. Здесь,
в первую очередь, имеют в виду применение газообразных
углеводородных топлив. Метан в сжатом виде и смесь пропана с
бутаном в ожиженном виде уже нашли применение в
автомобильных двигателях. Их использование в нашей стране будет
расширяться с одновременным строительством газозаправочных
станций.
Производство жидких топлив из угля известно давно.
Однако стоимость таких топлив пока еще выше, чем нефтяных.
Ученые многих стран мира работают над созданием экономичных
процессов переработки угля, сланцев, очень тяжелых,
практически твердых нефтей и т. д. Качество топлив из твердых горючих
ископаемых существенно отличается от качества нефтяных
топлив.
Большое внимание исследователей привлекает использование
кислородсодержащих соединений в качестве топлив или их
компонентов. Перспективно и довольно широко изучено
применение метанола и метил-гр^г-бутилового эфира. Метанол
интересен своими широкими сырьевыми ресурсами и
рассматривается как компонент обычных нефтяных топлив и как
самостоятельное горючее. Метил-трег-бутиловый эфир — хороший
компонент бензинов. Применение кислородсодержащих соединений
отражается практически на всех эксплуатационных свойствах
топлив для двигателей внутреннего сгорания.
Водород в сжатом и сжиженном виде пока еще не может
рассматриваться как массовое топливо, главным образом по
экономическим соображениям.
Таким образом, краткий обзор путей развития топлив для
двигателей внутреннего сгорания показывает, что вопросы
качества топлив будут иметь решающее значение в определении
перспектив развития как топливного производства, так и дви-
гателестроения. Научное обоснование требований двигателей
к качеству топлив, определение оптимального уровня основных
показателей всех видов горючего, оценка важнейших
эксплуатационных свойств топлив из различных видов сырья — все эти
вопросы, составляющие основную задачу химмотологии,
приобретают первостепенное значение в развитии народного
хозяйства нашей страны.

ГЛАВА 1
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ХИММОТОЛОГИИ
1.1. ХИММОТОЛОГИЯ — НОВАЯ ОТРАСЛЬ ЗНАНИЙ
Топлива — это источник энергии для двигателей и машин, а
смазочные материалы — средство снижения трения и износа
механизмов. Развитие всех видов техники обязательно
сопровождается повышением их долговечности и безотказности в работе.
Совершенствование двигателей, машин и механизмов
невозможно без улучшения эксплуатационных свойств применяемых топ-
лив и смазочных материалов. Поэтому в народном хозяйстве
наблюдается не только непрерывный рост объема потребляемых
топлив и смазочных материалов, но и повышение требований
к их качеству и улучшение важнейших эксплуатационных
свойств.
Проблемы качества топлив и смазочных материалов, их
производства и соответствия требованиям техники возникли не так
давно, на рубеже XIX и XX веков, в связи с появлением и
развитием двигателей внутреннего сгорания. В ходе
научно-технической революции, начало которой относят к 50-м годам нашего
века, эти проблемы становились все более важными и
актуальными и достигли первостепенного значения в последние 10—
15 лет.
Следует отметить, что для решения многих практических
задач научно-техническая революция вызвала к жизни ряд новых
отраслей знания на стыке фундаментальных наук. К их числу
относится и химмотология, призванная изучать
эксплуатационные свойства и качество топлив и смазочных материалов,
теорию и практику их рационального использования в двигателях,
машинах и механизмах. Название новой отрасли знания дал
видный советский ученый в области смазочных масел
профессор К. К. Папок.
Химмотология опирается на такие науки, как физика,
органическая, физическая и коллоидная химия, теплотехника,
машиноведение, экономика и экология. Формирование химмотологии
в самостоятельное направление науки и повышение ее роли в
решении задач топливно-энергетического баланса страны
вызваны следующими обстоятельствами.
Во-первых, топлива и смазочные материалы очень высокого
качества производят и потребляют в настоящее время во все
возрастающих объемах. В связи с этим научно-техническое и
экономическое обоснование требований к качеству топлив и
смазочных материалов, оптимизация уровня каждого их
эксплуатационного свойства и выбор технологии для достижения
этого уровня стали такими проблемами, которые обусловлены
расходованием больших материальных средств. Использование
11

топлив и смазочных материалов с необоснованным запасом
качества приводит к нерациональным расходам в
нефтеперерабатывающей промышленности, а потребление топлив и смазочных
материалов, не отвечающих требованиям эксплуатации,— к
снижению надежности двигателей, машин и механизмов.
Во-вторых, в качестве топлив для всех видов техники широко
применяют продукты переработки нефти. Действительно,
жидкие нефтяные топлива — это ценный универсальный
энергоноситель, удобный и при транспортировании и при применении, и
потребность в нем всех отраслей народного хозяйства с каждым
годом растет. Однако возможности расширения добычи нефти
ограничены. Затраты же на извлечение каждой тонны нефти в
настоящее время гораздо выше, чем эти затраты были десять
лет назад. Растут и расходы на транспортирование и
переработку нефти. Поэтому экономное, рациональное использование
нефтепродуктов— одно из главных направлений химмотологии.
В-третьих, в связи с ограниченностью нефтяных ресурсов
возникла необходимость использования альтернативных топлив,
производимых из твердых видов горючих ископаемых, более
широкого использования газообразных углеводородных топлив,
применения спиртов, эфиров и других соединений, получаемых
из возобновляемого сырья. Жидкие и газообразные топлива
ненефтяного происхождения отличаются от нефтепродуктов
некоторыми особенностями, и изучение их эксплуатационных
свойств, а также химмотологическое обоснование эффективного,
использования в двигателях приобретает все более важное
значение.
1.2. ЗАДАЧИ ХИММОТОЛОГИИ
Отмеченные выше обстоятельства способствовали развитию и
становлению химмотологии как новой отрасли знаний,
призванной изучать широкий круг вопросов теоретического и
практического значения в следующих трех основных направлениях,
каждое из которых охватывает несколько проблем.
1. Оптимизация качества топлив и смазочных материалов:
исследование комплекса физико-химических процессов,
протекающих в двигателях и машинах при использовании топлив
и смазочных материалов, с целью разработки путей управления
этими процессами и выявления взаимных связей между
качеством топлив и смазочных материалов и надежностью работы
двигателей;
оценка и обоснование требований к качеству применяемых
топлив и смазочных материалов в разных условиях
эксплуатации;
определение и технико-экономическое обоснование
оптимального уровня эксплуатационных свойств топлив и смазочных
материалов;
12

разработка и испытание альтернативных видов топлив и
синтетических смазочных материалов с улучшенными
эксплуатационными свойствами или более широкими сырьевыми
ресурсами;
разработка и испытание новых видов присадок, добавок и
компонентов, а также других методов улучшения
эксплуатационных свойств и расширения ресурсов топлив и смазочных
материалов.
2. Повышение эффективности использования топлив и
смазочных материалов:
разработка и научное обоснование норм расхода и
мероприятий по экономии топлив и смазочных материалов в условиях
эксплуатации двигателей, машин и механизмов;
обеспечение сохранности качества топлив и смазочных
материалов в процессах транспортирования и хранения;
составление и обоснование химмотологических карт на
различные виды техники;
классификация и маркировка топлив и смазочных
материалов;
унификация сортов и марок топлив и смазочных материалов;
обеспечение взаимозаменяемости отечественных и
зарубежных топлив и смазочных материалов;
разработка методов восстановления качества
некондиционных и отработавших топлив и смазочных материалов.
3. Создание и совершенствование системы и методов оценки
качества топлив и смазочных материалов:
разработка и совершенствование методов оценки
эксплуатационных свойств и топлив и смазочных материалов;
создание и обоснование комплексов методов
квалификационной оценки качества топлив и смазочных материалов;
определение соответствия между данными лабораторных
испытаний и свойствами топлив и смазочных материалов в
эксплуатации;
совершенствование приборов и методов аналитического
контроля качества топлив и смазочных материалов в лабораториях
нефтеперерабатывающих заводов, нефтесбытовых организаций
и потребителей;
совершенствование стандартов и технических условий на
топлива, смазочные материалы и методы их испытаний;
Перечисленные выше задачи в той или иной мере решались
в процессе становления и развития химмотологии. Однако роль
и значение отдельных проблем на разных этапах развития
химмотологии менялись.
В настоящее время при огромных масштабах производства
таких нефтепродуктов, как бензины, реактивные и дизельные
топлива, и в условиях нехватки нефтяного сырья на первый
план выдвигаются проблемы экономии и обеспечения ресурсов,
а не повышения качества. Очевидно, отдельные эксплуатацион-
13

ные свойства топлив будут улучшаться и впредь, но при этом
не должны сокращаться ресурсы топлив и существенно
увеличиваться их себестоимость. Иная обстановка складывается в
химмотологии смазочных масел. Здесь остро стоит задача
повышения качества; нужны новые эффективные присадки к маслам,
повышающие сроки их службы.
В последние годы важное значение приобрели вопросы
рационального использования высококачественных
нефтепродуктов по их прямому назначению. Долгое время, например,
промышленность выпускала авиационный бензин Б-70. Для того-
чтобы поднять октановое число бензина до 70 единиц,
расходовались высокооктановые компоненты. А как показало
обследование, основной расход бензина Б-70 приходится не для работы
авиационных двигателей, а на использование его в качестве
растворителя или промывочной жидкости во многих отраслях
народного хозяйства. Сейчас производство бензина Б-70
прекращено, и увеличен выпуск более дешевых
бензинов-растворителей.
Аналогичный пример с моторными маслами. Современные
моторные масла содержат целый комплекс дорогостоящих
присадок, которые улучшают работу масел в двигателе. Однако
значительная доля моторных масел используется в качестве
гидравлических жидкостей, для которых присутствие многих
ценных присадок совершенно не нужно.
В число первоочередных задач химмотологии выдвигаются
проблемы, связанные с использованием альтернативных топлив.
Сюда входит изучение особенностей использования сжатых и
сжиженных газов в качестве топлив для двигателей;
исследование состава и эксплуатационных свойств жидких топлив,
полученных из твердых горючих ископаемых — угля и сланцев, и,
наконец, разработка путей использования кислородсодержащих
жидких веществ, преимущественно спиртов и эфиров, в
качестве компонентов и топлив для двигателей. Большой интерес к
использованию спиртов и, в частности, метанола, связан с
возможностью их получения из возобновляемых видов сырья.
Актуальной проблемой на современном этапе стало
сокращение ассортимента топлив и смазочных материалов,
применяемых в народном хозяйстве. Необходимо разрабатывать и
развивать производство новых, унифицированных сортов топлив и
смазочных материалов и при этом своевременно прекращать
производство устаревших продуктов. Унификации товарных
топлив и смазочных материалов будет способствовать новый
стандарт, который предусматривает разработку химмотологической
карты на каждое изделие промышленности, причем сорта
употребляемых в изделиях топлив и смазочных материалов должны
быть согласованы с организациями, ведающими применением
нефтепродуктов. Возросший объем импорта зарубежной техники
в СССР и экспорта отечественной техники в разные страны
ставит перед химмотологией задачу разработки рекомендаций
14

по взаимозаменяемости топлив и смазочных материалов
отечественного и зарубежного производства.
Последние годы химмотологией решалась важная задача в
области оценки эксплуатационных свойств топлив и смазочных
материалов, полученных из новых компонентов либо по новой
или измененной технологии, из нефтей новых месторождений
и т. д. Ранее эксплуатационные свойства таких топлив и
смазочных материалов оценивались в процессе испытаний на
полноразмерных машинах в эксплуатационных условиях не менее
2—3 лет, при этом материальные затраты были значительными.
За последние годы создана по существу новая система, по
которой в течение 1,5—2,0 мес при небольших затратах можно
оценить эксплуатационные свойства топлив и смазочных
материалов. Разработать подобную систему удалось за счет того,
что каждое эксплуатационное свойство было «расчленено», или
«разделено», на простые составляющие, оценка которых
возможна ускоренными методами в лабораторных условиях.
Суммирование результатов определения таких составляющих
позволяет объективно и всесторонне оценить эксплуатационное
свойство в целом.
Разработаны и так называемые «наборы»
квалификационных методов для оценки эксплуатационных свойств основных
видов топлив и смазочных материалов. Для каждого вида
нефтепродукта все методы, позволяющие судить об
эксплуатационных свойствах, объединены в комплекс методов. Используя
комплексы методов квалификационной оценки, можно в
короткое время охарактеризовать основные эксплуатационные
свойства топлив и смазочных материалов и во многих случаях
избежать длительных и дорогостоящих, испытаний.
Основной задачей химмотологии на XII пятилетку и в
будущем остается создание научных основ и практических
рекомендаций по экономии топливно-энергетических ресурсов страны,
по обеспечению двигателей, машин и механизмов
высококачественными топливами и смазочными материалами с широкими
сырьевыми ресурсами.
1.3. КАЧЕСТВО ТОПЛИВ И СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Наука о качестве материалов и изделий в последние годы очень
быстро развивается. Обрела стройность и методологическую
базу квалиметрия—научная область, объединяющая методы
количественной оценки качества продукции. Предметом изучения
этой науки являются свойства продуктов и их соотношения с
потребностями и возможностями общественного производства.
Под качеством топлив и смазочных материалов понимается
совокупность свойств, обусловливающих пригодность
нефтепродуктов для использования. В этом определении подчеркивается
главное назначение топлив и смазочных материалов —
удовлетворять соответствующие потребности общества. Степень же при-
15

годности относится к другому понятию — уровню качества
топлив и смазочных материалов.
Совокупность всех свойств топлив и смазочных материалов,
характеризующих их качество, можно разделить на* физико-
химические свойства и эксплуатационные. К физико-химическим
относятся свойства, определяющие состояние топлив и
смазочных материалов и их состав. Это — плотность, вязкость,
теплоемкость, теплопроводность, поверхностное натяжение,
электрическая проводимость, диэлектрическая проницаемость,
элементный, фракционный и химический составы и др.
В группе эксплуатационных свойств сосредоточены те
свойства топлив и смазочных материалов, которые обеспечивают
надежность и экономичность эксплуатации двигателей, машин
и механизмов. Сюда же включают свойства, которые
проявляются в процессах хранения и транспортирования, а также
свойства, обусловливающие экологические особенности применения
нефтепродуктов.
Рассмотрим более подробно понятие «уровень качества
топлив и смазочных материалов», которое имеет особое значение
в химмотологии. Многие требования к качеству топлив и
смазочных материалов тесно связаны между собой. Поэтому
количественное выражение этих требований имеет оптимум. Под
уровнем качества топлив и смазочных материалов следует
понимать количественную оценку степени удовлетворения
требований потребителя. Под оптимальным уровнем качества
продукции следует иметь в виду такой уровень, при котором
максимально удовлетворяются требования потребителя при
минимальных затратах общественного труда на их производство и
потребление.
Оптимальный уровень находят не только для совокупности
всех свойств, входящих в понятие качество топлива или
смазочного материала, но и для каждого свойства в отдельности. При
этом уровень качества продукта будет зависеть от уровня
каждого свойства и значимости последнего в общем понятии
качества.
Необходимо отметить, что не все свойства равноценны при
оценке уровня качества нефтепродукта. Наиболее важный
показатель часто используют при маркировке топлив и смазочных
материалов. Например, основное эксплуатационное свойство
бензинов — детонационная стойкость, и оно нашло отражение
в марках бензинов в виде цифр, характеризующих октановое
число. Для дизельных же топлив более важны
низкотемпературные свойства, поэтому в зависимости от температуры
застывания их называют летними, зимними или арктическими. Для
смазочных масел определяющим свойством является вязкость,
которую обязательно указывают при маркировке.
Уровень основных свойств топлив и смазочных материалов
является сложной функцией и формируется с учетом
следующих четырех факторов:
16

требований потребителей,
технических возможностей и затрат в
нефтеперерабатывающей промышленности,
экономического эффекта от использования в народном
хозяйстве,
взаимного влияния отдельных свойств, входящих в понятие
качество топлив и смазочных материалов.
Первые два фактора просты в оценке, и их давно используют
в практике. Во многих случаях они определяют качество
топлив и смазочных материалов, вырабатываемых в настоящее
время. Наибольшего внимания и развития в ближайшее время
требуют исследования и расчеты по третьему и четвертому
направлениям.
Для повышения уровня качества топлива или смазочного
материала, как правило, необходимо затратить какие-то
средства. Эти средства вкладываются в новую технологию, или в
разработку и введение новых присадок, или в другие
мероприятия. Но, естественно, что все эти затраты должны окупиться в
дальнейшем при эксплуатации техники, использующей топлива
или смазочные материалы с более высоким уровнем качества,
т. е. должны увеличиваться сроки службы техники до
капитального ремонта, либо уменьшаться расход запасных частей или
расход новых топлив и смазочных материалов, либо улучшаться
другие показатели. Народное хозяйство в целом должно иметь
экономический эффект от перехода на производство и
применение нефтепродуктов с более высоким уровнем качества.
Затраты в нефтеперерабатывающей промышленности подсчи-
тать сравнительно несложно, но оценить экономический эффект
в отраслях, потребляющих эту продукцию, значительно труднее.
Однако своевременная оценка народнохозяйственного
экономического эффекта от повышения качества топлив и смазочных
материалов совершенно необходима для определения
направлений дальнейшего технического прогресса как в машиностроении,
так и в нефтеперерабатывающей промышленности.
Недостаточная изученность проблем эффективности улучшения качества
топлив и смазочных материалов и экономического обоснования
его оптимального уровня объясняется тем, что эта проблема
сложная и межотраслевая. Кроме того, установленный в
результате исследований, испытаний и экономических расчетов
оптимальный уровень качества того или иного нефтепродукта со
временем изменяется, причем изменение возможно и в сторону
повышения, и в сторону снижения оптимального уровня.
В качестве примера рассмотрим детонационную стойкость
автомобильных бензинов, оцениваемую октановым числом.
История развития автомобильных двигателей связана с
постоянным повышением октановых чисел бензинов, что позволяет
увеличивать степень сжатия двигателей и, в свою очередь, ведет
к повышению к.п.д. двигателя и снижению расхода бензина.
2—1354 17

При производстве высокооктановых бензинов часть бензиновых
фракций теряется. Считалось выгодным поднимать октановое
число до 98—100 единиц. В последние же годы в связи с
изменением цены нефти на мировом рынке и стремлением по
экологическим соображениям производить неэтилированные
бензины, считают оптимальным значением октановое число 91—
93 единицы. Снижение оптимального уровня детонационной
стойкости бензинов влечет за собой и необходимость снижения
степени сжатия перспективных двигателей.
Таким образом, правильное и своевременное определение
оптимального уровня качества топлив и смазочных материалов
на фоне непрерывного роста их потребления приобретает
важное экономическое значение. Использование нефтепродуктов с
большим запасом качества, чем это требуется для данного
двигателя, приводит к нерациональным их расходам. В то же
время применение топлив и смазочных материалов, не
отвечающих требованиям эксплуатации, снижает надежность техники.
Даже незначительные неточности в определении оптимальных
значений показателей качества могут повлечь за собой
огромные убытки.
Оценка взаимного влияния отдельных свойств на общий
уровень качества топлив и смазочных материалов — одна из
наименее изученных областей химмотологии. Некоторые свойства
находятся в противоречии между собой: улучшение одного из
них может повлечь ухудшение другого. Например, добавление
низкокипящих компонентов в бензин улучшает его пусковые
свойства, но увеличивает склонность бензина к образованию
паровых пробок в двигателе; гидроочистка реактивных топлив
снижает их коррозионную активность, но ухудшает противоиз-
носные и защитные свойства. В подобных случаях приходится
находить оптимальные соотношения между различными
свойствами.
Каждое свойство топлив и смазочных материалов можно
охарактеризовать количественно либо абсолютным
показателем либо относительным. Многие физические параметры
определяются в абсолютных показателях. При относительной
оценке сопоставляют значение данного показателя качества
нефтепродукта с показателем эталона. Так, октановое число
бензина— это относительная оценка его детонационной стойкости, а
за эталоны приняты изооктан и гептан.
Для оценки качества продукции стандартом определены три
группы количественных показателей: единичные, комплексные
и интегральные. По единичному показателю оценивают одно
свойство изделия, а комплексные характеризуют изделие с
разных, но взаимосвязанных сторон и включают несколько
единичных показателей. Интегральный показатель качества отражает
соотношение суммарного полезного эффекта от эксплуатации
или потребления продукции и суммарных затрат на ее создание
и эксплуатацию или потребление.
18

Единичные показатели используют весьма широко; к ним
относятся коррозионная активность топлив, моющая
способность масел и др. В качестве примера комплексного показателя
можно привести понятие надежности, применяемое при оценке
качества двигателей, машин и механизмов. Оно включает
долговечность, безотказность, ремонтопригодность и сохраняемость
оборудования и изделий. Изменение надежности двигателя или
машины при использовании топлив либо смазочных материалов
с разными эксплуатационными свойствами могло бы служить
комплексным показателем их качества.
Интегральный показатель по существу характеризует
оптимальный уровень качества нефтепродукта.
1.4. КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
Наиболее полную оценку всех эксплуатационных свойств
топлив и смазочных материалов можно получить непосредственна
на полноразмерном двигателе, машине или механизме при
проведении эксплуатационных испытаний. Однако, как уже
отмечалось, такие испытания длительны, требуют большого расхода
топлив, испытуемой техники и т. д. По мере развития техники
не только выдвигались требования к качеству топлив и
смазочных материалов, но и ранее предъявляемые требования стали
существенно изменяться. Появились новые виды топлив и
смазочных материалов, отдельные свойства которых улучшались
как в результате совершенствования технологии их
производства, так и за счет введения присадок. Поэтому возникла
необходимость разработки ускоренных методов испытаний
нефтепродуктов на модельных установках, агрегатах и двигателях, с
помощью которых в минимально короткие сроки и при малых
затратах сил, средств и испытуемых образцов можно надежно
оценить их эксплуатационные свойства. Такие методы, по
предложению К. К. Папок, получили название квалификационных.
Набор ускоренных квалификационных методов совместно с
методами определения физико-химических свойств позволяет
объективно и всесторонне оценить каждое эксплуатационное
свойство. Например, коррозионная активность дизельных топлив
оценивается в лабораторных условиях с помощью нескольких
показателей, а именно: содержанием общей серы, содержанием
водорастворимых кислот и щелочей, содержанием меркапта-
новой серы,,содержанием сероводорода, кислотностью,
коррозией на медной пластинке, коррозионной активностью при
высокой температуре. По каждому из этих показателей разработаны
нормы, которые позволяют определить уровень коррозионной
активности топлива, т. е. составить представление об одном из
важнейших эксплуатационных свойств.
Если в результате длительных испытаний на
полноразмерных двигателях мы получаем суммарную картину проявления
всех эксплуатационных свойств, то, пользуясь квалификацион-
2* 19-

иыми методами, можно выделить и оценить каждое
эксплуатационное свойство в отдельности. Эта особенность
квалификационных методов позволяет широко их использовать для
изучения особенностей механизма физико-химических процессов,
происходящих в условиях применения топлив и смазочных
материалов.
Разработка и создание квалификационных методов оценки
эксплуатационных свойств относится, по-видимому, к началу
XX века, когда на пути развития бензиновых двигателей
внутреннего сгорания возникла проблема детонационного сгорания
топлива. Созданная в 1927 г. одноцилиндровая установка «Во-
кеш» позволила разработать первый квалификационный метод
для определения октановых чисел бензинов, который успешно
применяют и сегодня. С помощью этого метода в нашей стране
и за рубежом проведены широкие исследования, сделаны
значительные открытия и решены важные проблемы при создании
двигателей и топлив. Использование метода «Вокеш» во всем
мире свидетельствует о том, что создание нового
квалификационного метода имеет не только большую практическую
ценность, но позволяет внести и теоретический вклад в
химмотологию. С помощью квалификационных методов удается ускорить
оценку эксплуатационных свойств топлив и смазочных
материалов, выявить эффективность присадок и выбрать их
оптимальную композицию и концентрацию, решить проблемы
унификации и взаимозаменяемости нефтепродуктов.
В настоящее время квалификационные методы разработаны
для всех основных эксплуатационных свойств всех видов топлив
и смазочных материалов. Эти методы постоянно
совершенствуются. Нередко ужесточаются условия испытаний — повышаются
температура, давление, модельные установки оснащаются более
современными средствами измерений, новыми узлами и
агрегатами. Некоторые методы стандартизуются, и после накопления
статистических данных требования по такому методу могут
входить в стандарт технических условий на качество топлива или
смазочных материалов.
В конце 60-х годов использование квалификационных
методов в нашей стране приобрело новое направление: их стали
применять не только разрозненно для оценки отдельных
эксплуатационных свойств, но и в виде комплексов. Один из главных
принципов, положенных в основу разрабатываемых комплексов,
стремление как можно полнее отразить в этих методах
специфику использования топлив и смазочных материалов в данном
типе двигателя, машины и механизма. Отсюда вытекает и
необходимость иметь для каждого вида топлив и смазочных
материалов специальный комплекс методов квалификационной
оценки.
В настоящее время широко применяют комплексы методов
квалификационной оценки почти по всем основным видам
топлив, масел, смазок и технических жидкостей. В стране создана
20

практически новая система оценки качества нефтепродуктов,
использование которой, по ориентировочным подсчетам, дает
народному хозяйству ежегодную экономию в несколько
миллионов рублей и содействует техническому прогрессу во многих
отраслях промышленности.
Определение свойств по комплексу методов является
обязательным для испытания новых топлив и смазочных материалов.
Такая оценка — первый этап испытаний и ранее известных
сортов нефтепродуктов, но полученных из нового сырья или по
измененной технологии, содержащих новые компоненты и
присадки. Эти образцы топлив и смазочных материалов
называются опытными. Результаты испытания опытного образца по
комплексу методов квалификационной оценки могут служить
основанием для принятия следующих решений:
о допуске данного продукта к применению без дальнейших
испытаний;
об объеме последующих испытаний (стендовых, дорожных,
эксплуатационных и др.);
о необходимости проведения функциональных испытаний
(например, на коррозионную активность по специальной
программе, на токсичность и т. д.).
Оценка результатов испытаний по комплексу методов и
принятие решений обязательно базируются на основных технико-
экономических показателях, таких, как данные по сырьевым
ресурсам, особенности технологии производства, проект цен
опытного образца, данные по расчету эффекта от внедрения и т. д.
Комплексы методов помогают унифицировать,
классифицировать и определять взаимозаменяемость топлив и смазочных
материалов. При этом следует отметить, что разработка новых
методов и совершенствование существующих непрерывно
повышают корреляцию результатов, получаемых по комплексу
методов с данными эксплуатационных испытаний, и тем самым
расширяют сферу применения комплексов методов
квалификационной оценки.
Всей работой по испытанию новых и опытных топлив,
смазочных материалов и технических жидкостей в нашей стране
руководит Государственная междуведомственная комиссия по
испытанию топлив, масел, смазок и специальных жидкостей при
Государственном Комитете стандартов СССР. Эта комиссия
состоит из представителей отраслей народного хозяйства страны,
потребляющих и производящих топлива и смазочные
материалы. Решения комиссии обязательны для исполнения всеми
предприятиями, учреждениями и ведомствами страны,
независимо от их принадлежности. В своей работе Государственная
комиссия опирается на созданные ею комиссии научной
экспертизы по методам квалификационной оценки каждого вида
топлива и смазочного материала.
Комиссии научной экспертизы разрабатывают рекомендации
по использованию существующих и созданию новых методов
21

квалификационной оценки, а также разрабатывают
предложения по составу комплексов методов. Кроме того, эти комиссии
организуют и координируют испытания по комплексам методов,
готовят предложения по объемам и срокам проведения
испытаний, рассматривают результаты испытаний, разрабатывают
предложения по внедрению новых и опытных топлив, масел,
смазок и специальных жидкостей. Решения комиссий научной
экспертизы утверждаются Государственной
междуведомственной комиссией по испытанию топлив, масел, смазок и
специальных жидкостей.
Раздел I
химмотология топлив
ГЛАВА 2
ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВ
2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ
ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Тепловые двигатели предназначены для преобразования
тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в
механическую. Тепловые двигатели подразделяют на двигатели с
внешним сгоранием (паровые машины, паровые турбины и др.) и
двигатели внутреннего сгорания.
Наибольшее распространение среди тепловых двигателей
получили двигатели внутреннего сгорания. В этих двигателях
основные процессы — сжигание топлива, выделение теплоты и
ее преобразование в механическую работу — происходят
непосредственно внутри двигателя. Такие двигатели используют в
качестве силовой установки во всех видах транспорта —
автомобильном, железнодорожном,, водном и авиационном. Они же
являются источником механической энергии bv
сельскохозяйственном производстве и в строительстве, в нефтяной и газовой
промышленности, а также в других областях народного
хозяйства.
Первыми тепловыми машинами с внутренним сгоранием
были поршневые двигатели, характерной особенностью которых
является периодичность процесса сгорания. И до настоящего
времени под термином двигатели внутреннего сгорания в
первую очередь подразумевают поршневые двигатели. В последние
40—50 лет интенсивно развивается другая группа двигателей
внутреннего сгорания, куда входят реактивные двигатели и
газовые турбины (рис. 1), процесс сгорания в которых
осуществляется непрерывно.
22

Те плоды е дбигатепи
ибигатепи внутреннего сгорания
С периодическим сгоранием топлива
(поршневые двигатели)
С при нуд и -
тельным
воспламенением
С
самовоспламенением
смеси
1
cu < 5-
виготели с внешним сгоранием
С непрерывным сгоранием топлива
Реактивные
Ракетные
Воздушно-
реактивные
Рис. 1. Классификация тепловых двигателей.
Газовые
турбины
Транспорт -
ные

Стационарные
Особенности работы этих двух наиболее распространенных
типов двигателей внутреннего сгорания рассмотрим более
подробно. Принципиальные схемы двигателей внутреннего сгорания
приведены на рис. 2.
Двигатели с периодическим сгоранием топлива (поршневые
двигатели). Спецификой работы поршневых двигателей
является цикличность, обусловленная периодичностью процесса
сгорания топлива, т. е. того процесса, в результате которого и
преобразуется тепловая энергия в механическую. Основные детали
поршневых двигателей следующие (см. рис. 2): цилиндр 2,
головка цилиндра 5, поршень 5, шатун 7, коленчатый вал S,
картер i, впускные 3 и выпускные 4 клапаны. Пространство,
ограниченное стенками цилиндра, головкой и поршнем, называют
камерой сгорания. В него вводятся топливо и воздух,
необходимый для сгорания топлива.
При сгорании топливовоздушной смеси выделяется большое
количество тепла, а образующиеся при этом газы давят на
поршень и перемещают его в цилиндре. Поступательное движение
поршня передается через шатун на коленчатый вал, где оно
преобразуется во вращательное движение. Последнее, как
правило, и требуется потребителю механической энергии, например
колесам автомобиля, гребному винту катера и т. п.
Процесс сгорания в поршневом двигателе осуществляется в
ограниченном объеме камеры сгорания, и для совершения
полезной работы используется расширение продуктов сгорания.
После стадии расширения газов для сжигания новой порции
топлива необходимо удалить отработавшие газы из рабочей по-
23

10
Рис. 2. Схемы двигателей внутреннего сгорания:
а — поршневой двигатель; б — газовая турбина; в — жидкостный реактивный двигатель;:
1 — картер; 2 — цилиндр; 3 — впускной клапан; 4 — выпускной клапан; 5 — крышка
(головка) цилиндра; 6 — поршень; 7 — шатун; 8 — коленчатый вал; 9, 16 — насосы; 10 —
камера сгорания; // — направляющий аппарат; 12 — турбина; 13 — компрессор; 14, 15 —
баки; 17 — сопло.
лости двигателя и вновь создать топливовоздушную смесь
соответствующего состава. Таким образом,
возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре двигателя обеспечивает
возможность сжигания топлива лишь последовательными
порциями. При этом сгоранию каждой порции должен предшествовать
ряд подготовительных стадий, которые протекают в цилиндре
двигателя в строгой последовательности. Совокупность всех
процессов называют рабочим циклом, и эти циклы во время
работы двигателя периодически повторяются.
Полезная работа, совершаемая двигателем, зависит от того,
сколько воздуха находится в камерах сгорания и
соответственно сколько топлива можно сжечь в этом объеме воздуха.
Естественно, чем больше общий объем всех,камер сгорания, тем
больший объем воздуха они могут вместить, а следовательно, тем
больше топлива можно сжечь и получить большую мощность
двигателя.
Однако в последние годы находит применение другой способ
увеличения мощности поршневых двигателей — так называемый
способ «наддува». В двигатель подается воздух не при
атмосферном давлении, а при некотором избыточном давлении. Тогда в
том же объеме камеры сгорания удается сосредоточить больше
воздуха, сжечь больше топлива и получить большую мощность.
24

Для создания избыточного давления воздуха устанавливают
специальный компрессор, на привод которого расходуется
часть мощности двигателя. Двигатели с наддувом получают
широкое применение в технике.
В поршневых двигателях внутреннего сгорания
воспламенение рабочей смеси может осуществляться по двум,
принципиально различным схемам. В одной схеме воспламенение смеси
топлива с воздухом предусматривается от постороннего
источника, обычно от электрической искры, в другой — смесь
самовоспламеняется от горячего воздуха, нагретого в процессе
сжатия.
По первой схеме топливо испаряется, и пары его
смешиваются с воздухом вне цилиндра двигателя. Полученная
горючая смесь засасывается в цилиндр двигателя через впускной
клапан при движении поршня от камеры сгорания в
направлении коленчатого вала. Этот такт работы двигателя называют
впуском. В конце такта впуска впускной клапан закрывается.
Далее поршень идет в направлении камеры сгорания, и горючая
смесь подвергается сжатию. В период такта сжатия пары
топлива хорошо перемешиваются с воздухом, и смесь
подготавливается к сгоранию. В конце этого такта в камеру сгорания с
помощью специального устройства — свечи зажигания —
подается электрическая искра, от которой смесь воспламеняется и
сгорает. В результате резко повышается температура и
давление в камере сгорания; под действием давления поршень в
цилиндре перемещается (рабочий ход), расширяющиеся газы
совершают полезную работу. После расширения температура и
давление газов в цилиндре понижаются, открывается выпускной
клапан и поршень выталкивает продукты сгорания в атмосферу;
происходит очистка цилиндра, это — такт выпуска. Далее
рабочий цикл повторяется.
За четыре движения поршня в цилиндре двигателя, т. е.
за два оборота коленчатого вала, только один ход поршня
является рабочим тактом — совершается за счет расширения
газов, все остальные — за счет инерции маховика, укрепленного
на коленчатом валу. Для обеспечения равномерной работы
двигателя в одном блоке располагают несколько цилиндров (блок
цилиндров), поршни которых через шатуны приводят во
вращение один коленчатый вал. Сгорание и расширение газов в
каждом из цилиндров происходит поочередно, что обеспечивает
стабильную и равномерную работу двигателя.
В двигателях с воспламенением от искры процесс
смесеобразования происходит главным образом вне цилиндра, как
правило, в специальном устройстве — карбюраторе. Карбюратор
служит для дозирования распыливания, частичного испарения
и смешения топлива с воздухом.
Вторая схема рабочего цикла поршневого двигателя
предусматривает самовоспламенение топлива от горячего
воздуха без какого-либо постороннего источника воспламенения. По
25

этой схеме рабочий цилиндр двигателя во время такта впуска
заполняется не горючей смесью, а воздухом. Воздух затем
подвергается сжатию и сильно нагревается. В конце процесса
сжатия в цилиндр, в нагретый воздух, через форсунку при большом
давлении впрыскивается топливо. При этом топливо мелко рас-
пыливается, испаряется и перемешивается с воздухом, образуя
горючую смесь. Процесс сгорания начинается с
самовоспламенения смеси при высокой температуре, которая достигается в
процессе сжатия воздуха. Все остальные процессы — сгорание,
расширение газов и их удаление из камер сгорания — по второй
схеме рабочего цикла происходят так же, как и по первой схеме.
Таким образом, характерным отличием второй схемы
рабочего цикла от первой является самовоспламенение топлива.
Двигатели, рабочий цикл у которых протекает по второй схеме,
называют дизелями. Процесс образования горючей смеси в
дизелях происходит внутри цилиндра. Для достижения высоких
температур в дизельном двигателе приходится сжимать воздух
во много раз больше (в 15—17 раз), чем сжимают топливовоз-
душную смесь в двигателе с принудительным воспламенением
(в 7—9 раз). Более высокая степень сжатия в дизеле
обеспечивает и более высокий коэффициент полезного действия в
таких двигателях. Для совершения одной и той же работы в
дизеле расходуется топлива примерно на 25—30%' меньше, чем в
двигателе с принудительным зажиганием. Высокая степень
сжатия в дизеле обусловливает и высокие давления и нагрузки, что
требует применения более прочных деталей. При одной и той же
мощности материалоемкость дизельного двигателя обычно
больше. Тем не менее планами развития народного хозяйства нашей
страны предусмотрена широкая дизелизация автомобильного
парка и значительное расширение использования дизелей во
всех отраслях промышленности.
Описанные выше двигатели с принудительным зажиганием
и дизели называют четырехтактными: за один оборот
коленчатого вала происходят впуск и сжатие, за следующий
оборот— расширение и выпуск. Но существуют и двухтактные
двигатели, у них некоторые йроцессы совмещены, и весь цикл
протекает за один оборот коленчатого вала. В конце такта
расширения открывается выпускное окно, куда выводятся
отработавшие газы, и затем открывается впускное окно, через
которое в цилиндр поступает горючая смесь или воздух (в
дизеле). Поршень доходит до нижней мертвой точки и начинает
подниматься вверх, перекрывает впускное и выпускное окна,
и смесь или воздух в цилиндре сжимается. Перед подходом
поршня к верхней мертвой точке в камеру сгорания подается
искра или с помощью форсунки впрыскивается топливо (в
дизелях); вновь начинается процесс расширения. Такие
двухтактные двигатели устанавливают на мотоциклах, на моторных
лодках и в других видах техники. Эти двигатели менее экономичны,,
чем четырехтактные, но они имеют и преимущества.
26

Двигатели с непрерывным сгоранием топлива. Основной
элемент двигателей с непрерывным сгоранием топлива —
камера сгорания постоянного объема. В нее подаются горючее и
окислитель. Газовый поток продуктов сгорания за счет высокой
температуры и расширения приобретает большую кинетическую
энергию, которая преобразуется в так называемую реактивную
силу тяги двигателя или энергию вращения ротора газовой
турбины. Возникновение реактивной силы хорошо иллюстрирует
опыт из школьного курса физики — «вращение сегнерова
колеса»: вода, вытекая из колеса в одну сторону, заставляет
вращаться колесо в противоположную сторону.
Реактивная сила тяги, возникающая при истечении газов из
сопла, не зависит от скорости движения реактивной установки,
а также от плотности окружающей среды и может
обеспечивать движение летательных аппаратов в безвоздушном,
межпланетном пространстве. Эта особенность реактивного
движения легла в основу создания ракет.
Ракетами называют такие летательные аппараты, которые
используют принцип реактивного движения и несут с собой на
борту горючее и окислитель. В качестве горючего употребляют
различные вещества: нефтяные фракции, спирты, аммиак,
гидразин, ксилидин, жидкий водород и др. Окислителями служат
жидкий кислород, пероксид водорода, азотная кислота и
оксиды азота, тетранитрометан, фтор и его соединения и др.
Присутствие в ракете и горючего и окислителя позволяет
осуществлять полет как у поверхности земли, так и на больших высотах
в разреженном воздухе, в безвоздушном пространстве и даже
под водой. Принцип реактивного движения используют не
только в межпланетных и космических кораблях, в
межконтинентальных ракетах, но и в обычных самолетах современной
авиации. При этом на борту самолета размещают одно горючее, а
окислителем служит кислород воздуха. Такие двигатели,
рассчитанные на применение кислорода воздуха, получили
название воздушно-реактивных; они не могут работать в
безвоздушном пространстве. Подавляющее большинство современных
самолетов оборудованы воздушно-реактивными двигателями.
Обычно в воздушно-реактивных двигателях между
камерой сгорания и реактивным соплом устанавливают газовую
турбину. Основной рабочий орган в газовой турбине — рабочее
колесо, по периферийной части которого расположены лопатки
специального профиля.
Продукты сгорания, выходя из камеры сгорания, проходят
через неподвижные направляющие лопатки и с большой
скоростью ударяются в рабочие лопатки колеса турбины. Лопатки
турбины расположены наклонно к оси потока продуктов
сгорания, поэтому колесо турбины начинает вращаться. При этом
часть кинетической энергии газового потока преобразуется во
вращательное движение турбины. На одном валу с турбиной
обычно устанавливают компрессор, который сжимает воздух
27

и подает его в камеры сгорания. После турбины продукты
сгорания поступают в реактивное сопло, здесь основная часть
кинетической энергии газов преобразуется в реактивную силу
тяги. Подобные двигатели называют турбокомпрессорными
воздушно-реактивными двигателями (ТКВРД). Они получили
широкое распространение в современной авиации.
После камеры сгорания можно установить не одно колесо
турбины, а несколько последовательно расположенных рядов
направляющих и рабочих лопаток, это — многоступенчатые
турбины. В таком варианте всю кинетическую энергию газов
можно преобразовать во вращательное движение вала газовой
турбины. В газовой турбине вся кинетическая энергия
продуктов сгорания преобразуется в механическую. Главное
преимущество газовых турбин — получение большой мощности при
сравнительно малых габаритах двигателя. Однако газовые
турбины пока уступают по экономичности поршневым двигателям.
Совершенствование газовых турбин сопровождается
улучшением их показателей, что позволяет надеяться на расширение
областей их использования.
Приведенная выше классификация в известной мере условна.
Все большее развитие получают комбинированные двигатели.
Схематично один из комбинированных двигателей можно
представить таким: обычный поршневой двигатель, отработавшие
газы которого вращают газовую турбину; на одном валу с
турбиной установлен компрессор, который подает воздух под
давлением в камеры сгорания двигателя.
2.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВ
Топлива для тепловых двигателей и различных топочных
устройств должны отвечать следующим основным требованиям:
1) полностью испаряться и сгорать с максимальным
выделением тепла и минимальным образованием токсичных и корро-
зионио-активных продуктов и отложений;
2) не вызывать затруднений при транспортировании,
хранении и подаче по системе питания в любых климатических
условиях;
3) быть обеспеченными сырьевыми ресурсами, быть
недорогими и нетоксичными.
Перечисленным требованиям в наибольшей мере
удовлетворяют жидкие нефтяные топлива. Их широко применяют в
связи с высокой теплотой сгорания, относительно низкой
стоимостью и удобствами использования. Жидкие нефтяные топлива
после сгорания не оставляют золы, хорошо транспортируются
по трубопроводам и имеют ряд других преимуществ. Все это
привело к тому, что жидкие нефтяные топлива во всем мире
являлись и пока остаются главным источником энергии для
различного рода двигателей.
28

Qj
СЗ
1
несртяные топлиба для
Qj
Поршневые
двигатели
с принудительным
воспламенением
Поршневые
двигатели
с воспламенением
от сжатия
Реактивные
двигатели
Газовые
турбины
Топочные
устрой ства
(двигатели
с внешним сгоранием)
Бензины авиационные
Бензины автомобильные
Топливо для быстроходных дизелей
Топливо для средне- и малооборотных дизелей
Топливо дли воздушно-реактивных двигателей
Ракетные топлива (горючее и окислитель)
Топливо для транспортных газотурбинных двигателей
Топливо для стационарных газотурбинных установок
Топливо для транспортных котельных установок
Топливо для стационарных котельных установок
Рис. 3. Классификация жидких топлив для тепловых двигателей.
Жидкие нефтяные топлива. По основному назначению эти
топлива можно разделить на пять групп (рис. 3).
В первую группу входят топлива для поршневых двигателей
с принудительным воспламенением. В таких двигателях
испарение топлива и образование топливовоздушной смеси происходит
вне цилиндров двигателя при относительно невысоких
температурах. Для обеспечения нормальной работы двигателей
необходимы легкоиспаряющиеся низкокипящие фракции
углеводородов. В эту группу входят автомобильные и авиационные
бензины, которые состоят преимущественно из углеводородов,
выкипающих в пределах от 40 до 200 °С.
Ко второй группе относят топлива для поршневых
двигателей с воспламенением от сжатия. В этих двигателях испарение
топлива осуществляется после его впрыска и распыливания в
сильно нагретом (до 700 °С) воздухе. При таких температурах
успевают испариться и образовать горючую смесь надлежащего
состава более тяжелые фракции углеводородов. В
быстроходных дизелях с высоким числом оборотов коленчатого вала
применяют топлива, содержащие в основном фракции
углеводородов с пределами выкипания от 180 до 360 °С, а в средне- и
малооборотных двигателях успешно используют еще более
тяжелые топлива, так как время, отводимое на их испарение в
тихоходных двигателях, больше.
Третью группу составляют топлива для реактивных
двигателей. К ним предъявляют особенно высокие требования,
обусловленные необходимостью обеспечить надежность
эксплуатации летательных аппаратов. Наиболее подходящим нефтяным
топливом для реактивных двигателей являются керосиновые
29

фракции углеводородов с пределами выкипания 140—280 °С.
При этом для двигателей сверхзвуковой авиации можно
использовать и более тяжелые фракции, выкипающие до 315 °С.
Четвертая группа включает топлива для газовых турбин.
Газовые турбины находят все более широкое применение в
технике как для транспортных средств (силовые установки кораблей,
железнодорожных локомотивов и т. д.), так и для стационарных
установок (привод крупных насосных агрегатов). Для их
эксплуатации необходимы дешевые топлива, обеспеченные
широкими ресурсами. Такими топливами являются тяжелые дистил-
лятные фракции прямой перегонки нефти и вторичных
процессов, перспективно использование остаточных продуктов
переработки нефти.
Пятая группа — это топлива для топочных устройств
паросиловых установок транспортного и стационарного типов. В
качестве котельных топлив используют тяжелые остатки нефтей
после различных процессов их переработки, а в ряде случаев
употребляют так называемые тяжелые нефти с малым
содержанием легких фракций, которые- вовлекать в переработку
экономически невыгодно.
Классификация нефтяных топлив для тепловых двигателей
свидетельствует о том, что в качестве жидких топлив
применяют практически все нефтяные фракции. Однако эффективность
использования топлива наиболее высока в двигателях
внутреннего сгорания. Именно поэтому количество топлив для
двигателей внутреннего сгорания, получаемое из нефти, характеризует
такой важный показатель нефтеперерабатывающей
промышленности, как глубина переработки нефти. В настоящее время
глубина переработки нефти во всехпромышленно развитых странах
составляет 50—70%, и принимаются меры к дальнейшему
увеличению этого показателя.
Альтернативные топлива. Непрерывный рост потребности в
жидких топливах и ограниченность ресурсов нефти
обусловливают необходимость поисков новых видов топлив, получаемых
из ненефтяного сырья. В качестве источника получения такого
топлива в первую очередь рассматривают уголь, запасы
которого в мире превосходят запасы нефти и газа. При переработке
угля можно получить жидкие продукты, содержащие
углеводороды и неуглеводородные примеси. Наиболее прогрессивны
методы термической обработки угля в атмосфере водорода в
присутствии катализаторов. Из получающейся при этом смеси
широкого фракционного состава могут быть получены бензин и
дизельное топливо.
Переработка угля путем газификации водяным паром дает
синтез-газ, из которого дальнейшей каталитической
переработкой также получают жидкие топлива. Однако получение
жидких топлив из угля в настоящее время обходится дороже, чем
производство их из нефти. По ориентировочным подсчетам,
переработка дешевых углей в жидкие топлива на месте добычи,
30

например, углей канско-ачинского месторождения, может быть
рентабельной при «ожижении» углей существующими
методами В нашей стране ведутся исследования по получению жидких
топлив из угля в рамках специальной комплексной программы.
Газообразные углеводороды применяют в качестве топлива
для многих котельных установок, электростанций,
промышленных печей и других топочных устройств. Газовое топливо
используют не только в промышленности, но и в быту. Газовая
промышленность страны — это одна из наиболее быстро
развивающихся отраслей народного хозяйства. Темпы роста добычи
и производства горючих газов за последние годы опережают
темпы роста добычи других видов топлива.
Газообразные углеводороды находят применение в качестве
топлив для двигателей внутреннего сгорания и в первую очередь
для двигателей с принудительным зажиганием. Появляется все
больше автомобилей, рассчитанных на использование газового
топлива. Углеводородные газовые топлива для автомобилей по
их агрегатному состоянию при обычных температурах делят на
сжатые и сжиженные.
Основной газообразный углеводород, который употребляют
в сжатом виде, — метан. Этот углеводород при температуре
выше минус 82°С (критическая температура) нельзя превратить
в жидкость даже при сжатии до любых высоких давлений. На
автомобилях сжатый газ хранят в баллонах при давлении до
20 МПа. Метан добывают не только на газовых
месторождениях, но и получают в виде попутного газа на многих нефтяных
месторождениях. Размещение ресурсов природных газов в
разных районах страны и широкое развитие магистральных
газопроводов позволяют считать метан в сжатом виде весьма
перспективным топливом для двигателей внутреннего сгорания.
Сжиженные газообразные топлива содержат в основном
пропан СзН8 и бутан С4Н10. Каждый из этих углеводородов в
отдельности или в смеси хранят при обычных температурах в
жидком виде в баллонах при давлении 1,6 МПа. Критическая
температура для пропана 97 °С, для бутана 126 °С. Сжиженные
газы в качестве автомобильных топлив имеют ряд преимуществ
перед сжатыми газами, поэтому на сегодня они получили более
широкое распространение. Однако большие ресурсы метана
определяют перспективность использования сжатых газов в
качестве топлива для двигателей.
В последние годы возрос интерес к применению метана и в
сжиженном виде при очень низких температурах. Изготовлены
специальные топливные баки с соответствующей изоляцией,
которые позволяют свести к минимуму потери жидкого метана
при его употреблении.
Из газообразных альтернативных топлив для двигателей
следует упомянуть водород. Высокая теплота сгорания и
достаточно «чистые» продукты сгорания ставят водород в ряд самых
предпочтительных топлив для двигателей. Но высокая стои-
31

мость водорода и трудности, связанные с заправкой и
хранением, препятствуют его широкому использованию. Ведутся
исследовательские работы по применению водорода не только как
самостоятельного топлива, но и как добавки к обычным топли-
вам нефтяного происхождения.
Среди альтернативных топлив видное место занимают такие
кислородсодержащие продукты (табл. 1), как спирты и эфиоы.
Один из эфиров — метил-грег-бутиловый эфир — оказался
эффективным компонентом автомобильных бензинов. Введение его
в бензин улучшает важнейшее эксплуатационное свойство —
детонационную стойкость. Этот эфир прошел все испытания с
положительными результатами, и во многих странах сейчас
строятся установки по производству метил-грег-бутилового
эфира в промышленных масштабах. Широкое применение его в
качестве компонента автомобильных бензинов начнется в
ближайшее время.
Таблица 1. Характеристика кислородсодержащих соединений и топлив
Свойство

Метанол

Этанол
Изо-
про-
панол
трет-
Бута-
нол
Метил-
трет-
бутиловый
эфир
Метил-
трет-
пентиловый
эфир
Бензины
114
95
130
111
94
120
106
794
16
106
99
789
13
113
110
108
98
791
14
Октановое число

исследовательский метод
моторный
метод
Октановое число
смешения

исследовательский метод
моторный ме- 103
тод
Плотность, кг/м3 796
Давление насы- 35
щенных паров,
кПа
Температура кипе- 65
ния, °С
Растворимость во-
Ды, %
Стехиометрическое 6,5
■отношение
воздух/топливо
Теплота сгорания, 19,95 27,72 30,37 32,77
МДж/кг
Теплота испаре- 1156 913 741 599
ния, кДж/кг
Пределы
воспламеняемости, %
(об.)
нижний 6,7 4,3 2,0 2,4
верхний 36,0 19,0 12,0 8,0
78 82 83
Неограниченная
9,0 10,3 11,1
117
101
115
104
746
61
55
1,4
11,7
35,16
322
112
99
111
100
770
22
86
0,6
11,9
37,68
327
90—98
80—88
720—780
75
20—200
0,02
14,7
42,70
180
1,4
7,6
:32

Газ
Битуминозные
сланцы, пески
Биомасса
Лребесино
Промышленные
и бытовые
отходы
±
Топлибо
Метанол
Сырье
Метанол
100%-и
Компонент
jL
Раздельный
впрыск.
'метанол * угле -
водородное
топливо)
Углеводороды
±
Метил-трет -
бутиловый эфир,
метил-трет-
пентилобый эфир
±
Конверсия
содержащий газ
Рис. 4. Источники получения метанола и пути его использования в качестве
топлива для двигателей.
Из спиртов наиболее интересен метанол и как
самостоятельный вид топлива, и как компонент топлив нефтяного
происхождения. Метанол привлекает прежде всего широкими сырьевыми
возможностями (рис. 4). Его можно производить из газа, угля,
древесины, биомассы, различного рода отходов и др.
Использовать метанол можно непосредственно как топливо или как
промежуточное сырье для получения различных соединений.
Добавление 5% метанола в бензин нефтяного происхождения не
вызывает каких-либо трудностей в эксплуатации двигателей и
уже сейчас практикуется в некоторых странах. Наряду с
преимуществами метанол имеет и недостатки, над преодолением
которых в настоящее время работают и у нас в стране и за
рубежом. К недостаткам метанола следует отнести его высокую
токсичность, меньшую теплоту сгорания, высокую теплоту
испарения, коррозионную активность, гигроскопичность и др. Тем
не менее широкие сырьевые ресурсы позволяют считать метанол
перспективным топливом. Ведутся работы по применению
метанола не только в двигателях с принудительным зажиганием, но
и в дизелях.
ГЛАВА 3
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВ
Под эксплуатационными свойствами понимают объективные
особенности топлива, которые проявляются в процессе
применения его в технике. В понятие применение включены все
процессы, происходящие в топливе с момента его производства до
сгорания.
В соответствии с назначением топлива процесс сгорания
является главнейшим и определяющим его эксплуатационные
свойства. Иными словами, способность топлива сгорать доста-
3—1354
33

точно полно и равномерно при любых режимах эксплуатации
с выделением наибольшего количества тепла — это и есть его
важнейшее эксплуатационное свойство. Как было отмечено
ранее, эксплуатационное свойство формируется и
обусловливается несколькими показателями качества топлива — теплотой
сгорания, детонационной стойкостью, пределами стабильного
горения и т. п. Совокупность всех показателей как единое
эксплуатационное свойство топлива, получила название —
горючесть (этот термин не нашел широкого распространения, но
включен в ГОСТ 425—83).
Процессу сгорания топлива, безусловно, предшествуют
процессы его испарения, воспламенения и многие другие. Характер
поведения топлива в каждом из этих процессов и составляет
суть основных эксплуатационных свойств топлив. В настоящее
время по рекомендации стандарта рассматривают и оценивают
следующие эксплуатационные свойства топлив.
Испаряемость характеризует способность топлива
переходить из жидкого состояния в парообразное. Это свойство
формируется из таких показателей качества топлива, как
фракционный состав, давление насыщенных паров при различных
температурах, поверхностное натяжение и др. Испаряемость имеет
важное значение при подборе топлива и во многом определяет
технико-экономические и эксплуатационные характеристики
двигателей.
Воспламеняемость характеризует особенности процесса
воспламенения смесей паров топлива с воздухом. Оценка этого
свойства базируется на таких показателях качества, как
температурные и концентрационные пределы воспламенения,
температуры вспышки и самовоспламенения и др. Показатель
воспламеняемости топлива имеет такое же значение, как и его
горючесть; в дальнейшем эти два свойства рассматриваются
совместно.
Горючесть определяет эффективность процесса горения топ-
ливовоздушных смесей в камерах сгорания двигателей и
топочных устройствах.
Прокачиваемость характеризует поведение топлива при
перекачках его по трубопроводам и топливным системам, а
также при его фильтровании. Это свойство определяет
бесперебойность подачи топлива в двигатель при разных температурах
эксплуатации. Прокачиваемость топлива оценивают вязкостно-
температурными свойствами, температурами помутнения и
застывания, предельной фильтруемостью, содержанием воды,
механических примесей и др.
Склонность к образованию отложений — это способность
топлива образовывать отложения различного рода в камерах
сгорания, в топливных системах, на впускных и выпускных
клапанах. Здесь подразумеваются отложения, образующиеся как
при относительно низких температурах в системах питания и
смесеобразования двигателей, так и отложения нагара, полу-
34

чающиеся при высоких температурах в процессе сгорания топ-
лив. Оценка этого свойства базируется на таких показателях,
как зольность, коксуемость, содержание смолистых веществ,
непредельных углеводородов и т. д.
Коррозионная активность и совместимость с
неметаллическими материалами характеризует способность топлива
вызывать коррозионные поражения металлов, набухание,
разрушение или изменение свойств резин, герметиков и других
материалов. Это эксплуатационное свойство предусматривает
количественную оценку содержания в топливе коррозионно-активных
веществ, испытание стойкости металлов, резин и герметиков
при контакте с топливом.
Защитная способность — это способность топлива защищать
от коррозии материалы при их контакте с агрессивной средой
в присутствии топлива и в первую очередь способность топлива
защищать металлы от электрохимической коррозии при
попадании воды. Свойство оценивается специальными методами,
предусматривающими воздействие обычной и морской воды на
металлы в присутствии топлива.
Противоизносные свойства характеризуют уменьшение
изнашивания трущихся поверхностей в присутствии топлива. Это
свойство имеет важное значение для двигателей, у которых
топливные насосы и топливно-регулирующая аппаратура
смазывается только самим топливом без подачи смазочного
масла. Свойство оценивается показателями вязкости и
смазывающей способности.
Охлаждающая способность определяет возможность
топлива поглощать и отводить тепло от нагретых поверхностей при
использовании топлива в качестве теплоносителя. Свойство
имеет значение в тех случаях, когда топливо применяют для
охлаждения масла (топливо-масляные радиаторы) или наружной
обшивки летательного аппарата при больших скоростях полета.
Оценка свойства базируется на таких показателях качества,
как теплоемкость и теплопроводность.
Стабильность характеризует сохраняемость показателей
качества топлив при хранении и транспортировании. Это
свойство оценивает физическую и химическую стабильность топлива
и его склонность к биологическому поражению бактериями,
грибками и плесенью. Уровень этого свойства позволяет
установить гарантийный срок хранения топлива в различных
климатических условиях.
Экологические свойства характеризуют воздействие топлива
и продуктов его сгорания на человека и окружающую среду.
Оценка этого свойства базируется на показателях токсичности
топлива и продуктов его сгорания и пожароопасности.
В зависимости от вида топлива и его назначения значимость
того или иного эксплуатационного свойства может быть больше
или меньше. Ниже изложены закономерности формирования
каждого эксплуатационного свойства, общие для всех видов
2* 35

топлив. В последующих главах рассмотрены особенности
каждого эксплуатационного свойства, присущие только данному
виду топлива (бензины, дизельные и другие топлива).
3.1. ИСПАРЯЕМОСТЬ
Во всех типах двигателей химическая энергия, заключенная в
топливе, превращается в механическую в процессе сгорания.
Эффективность использования энергии топлива зависит от того,
насколько полно протекает процесс сгорания и как
используется выделившееся при этом тепло. Процессу сгорания в
двигателе обязательно предшествует испарение топлива и
образование смеси паров топлива с кислородом в определенном
соотношении. При полном сгорании углеводородных топлив
получаются главным образом диоксид углерода и вода. Пользуясь
элементарными реакциями сгорания
Н2 + 0,5О2 > Н2О С+ О2 —-+ СО2
можно подсчитать, что для полного сгорания 1 кг водорода
требуется 8 кг кислорода, а для сгорания 1 кг углерода —
8/3 кг кислорода.
По данным элементного состава топлива можно найти
количество кислорода (/о , кг), необходимое для полного
сгорания 1 кг топлива, по следующей формуле:
8
8Н + —С
1°= Гоб
где Н и С — содержание водорода и углерода в топливе, %.
При вычислении расхода воздуха (/0, кг), теоретически
необходимого для полного сгорания 1 кг топлива, эта формула
принимает следующий вид:
8Н + -|-С
*° — 23
Если в составе топлива содержится кислород (например,,
при использовании спиртов или эфиров в качестве компонентов
топлива), этот кислород участвует в сгорании и расход воздуха
для полного сгорания таких топлив меньше:
8
8Н + -О-С—О
23
где О — содержание кислорода в топливе, %.
Для полного сгорания 1 кг углеводородных топлив требуется
около 15 кг воздуха. Смесь такого состава называют
нормальной или теоретической смесью. Избыток либо недостаток
воздуха в смеси характеризуют коэффициентом избытка воздуха
36

а отношением действительной массы воздуха в смеси к
массе воздуха, теоретически необходимой для полного сгорания
топлива данного состава. Для нормальной смеси а=1, для
богатой а<1 и для бедной а>1. '
В современных двигателях внутреннего сгорания испарение
топлива и образование паровоздушной смеси может начинаться
до начала процесса сгорания при относительно низких
температурах и заканчиваться уже в процессе сгорания
испарившейся части топлива при высоких температурах. Рассмотрим
закономерности испарения жидких топлив.
Скорость испарения топлива определяется по уравнению,
вытекающему из закона Дальтона:
V=A(pH-P)
где V — скорость испарения; р — парциальное давление паров
над поверхностью жидкости; рн — давление насыщенных паров
жидкости при данной температуре; А — коэффициент
пропорциональности.
При р = 0, т. е. в начальный момент испарения, скорость
процесса имеет максимальное значение и по абсолютной величине
близка к скорости свободного испарения. В этом случае
скорость испарения прямо пропорциональна давлению
насыщенных паров: чем выше давление насыщенных паров жидкости,
тем больше топлива испарится прежде, чем концентрация
молекул в паровой фазе достигнет состояния динамического
равновесия. При р = ря скорость испарения становится равной нулю,
т. е. испарение прекращается, и этот момент соответствует
наступлению равновесия между жидкой и паровой фазами, когда
из жидкости в единицу времени «вылетает» столько же
молекул, сколько молекул пара ею поглощается.
Давление насыщенных паров топлив зависит от
температуры, и для углеводородов эта зависимость имеет вид кривых
показательной функции. Однако, пользуясь уравнением Клау-
зиуса — Клапейрона, можно представить давление насыщенных
паров углеводородов в виде прямой зависимости от
температуры в полулогарифмических координатах:
где Т — абсолютная температура; А и В — постоянные.
Нефтяные топлива представляют собой смесь углеводородов
с разным давлением насыщенных паров. Поэтому в процессе
испарения состав паров всегда отличается от состава жидких
углеводородов. По закону Коновалова относительное
содержание данного компонента в паре отлично от его относительного
содержания в равновесном с паром жидком растворе. В паре
содержится больше того компонента, добавление
которого в раствор повышает общее давление пара. Этот закон
применительно к смесям углеводородов гласит о том, что в
паровой фазе над топливом концентрация низкокипящих угле-
37

водородов всегда больше, чем в жидкой фазе. Поэтому
давление насыщенных паров смеси углеводородов зависит не только
от температуры, но и от соотношения объемов паровой и
жидкой фаз. При большом соотношении этих фаз низкокипящих
углеводородов может не хватить для заполнения всей паровой
фазы, поэтому увеличение объема паровой фазы по сравнению
с объемом жидкой фазы ведет к снижению давления
насыщенных паров такой смеси углеводородов, какой являются
нефтяные топлива.
Скорость испарения жидкого топлива зависит от скорости
диффузии пара в газовом пространстве над жидкостью.
Скорость диффузии паров Wd равна произведению коэффициента
диффузии паров D на градиент их концентрации dc/dx (закон
Фика); знак минус означает, что диффузия идет в направлении
уменьшения концентрации:
Размерность коэффициента диффузии (м2/с) и его величина
не зависят от концентрации диффундирующего газа, но зависят
от температуры и давления окружающей среды:
где т=1,5—2,0; р0, р, То, Т — начальные и конечные давления
и температуры.
С повышением температуры коэффициент диффузии растет,
а с повышением давления — снижается.
Количество тепла, необходимое для перевода жидкости в
пар, называют теплотой испарения (иногда теплотой
парообразования). Теплота испарения жидкостей изменяется с
температурой, незначительно убывая при средних температурах и
очень сильно вблизи критической температуры, при которой она
становится равной нулю.
Удельная теплота испарения, т. е. отнесенная к единице
массы жидкости, для углеводородов и их смесей уменьшается с
увеличением молекулярной массы и температуры кипения. При
одной и той же молекулярной массе углеводородов наибольшие
значения теплоты парообразования имеют ароматические и
ацетиленовые углеводороды, наименьшие — алканы и олефины;
нафтеновые углеводороды занимают промежуточное
положение. Углеводороды изомерного строения каждого класса имеют
более низкую теплоту испарения, чем углеводороды
нормального строения. Высокое значение теплот испарения имеют такие
ассоциированные жидкости, как спирты, молекулы которых
обладают полярностью.
В процессах смесеобразования испаряющееся топливо и
газовая среда движутся относительно друг друга, при этом
достаточно небольшого движения воздуха, чтобы количество испа-
38

ряющейся в него жидкости резко возросло. Установлено,
например, что коэффициент диффузии паров бензина в воздух
увеличивается, почти в 5 раз при изменении скорости потока
воздуха от нуля до 80 м/с.
При испарении в неподвижный воздух скорость испарения
определяется скоростью диффузии паров в окружающее
пространство. При высоких скоростях воздушного потока и
турбулентном режиме его течения скорость диффузии уже не имеет
решающего значения; в таких условиях скорость испарения
зависит от скорости конвективных токов и от скорости движения
вихрей. Испарение при этом идет в условиях вынужденной
конвекции.
В соответствии с законом Дальтона скорость испарения
жидкости прямо пропорциональна поверхности испарения.
Чтобы ускорить процесс смесеобразования, жидкое топливо в
двигателях распыливают на мельчайшие капли. Поверхность
испарения, а следовательно, и скорость испарения в этом случае
резко возрастают.
Тонкость распыла топлива зависит как от условий распыла
(например, величины и формы отверстия распылителя, степени
турбулизации воздуха), так и от свойств топлива, и в первую
очередь от величины поверхностного натяжения. Приближенно
принято считать, что при истечении смеси углеводородов из
распылителя постоянного сечения средний радиус образующихся
капель г прямо пропорционален поверхностному натяжению а:
где g — ускорение силы тяжести; v — скорость воздуха вблизи
распылителя.
Поверхностное натяжение углеводородов зависит от их
строения. Наименьшее поверхностное натяжение имеют алканы,
наибольшее — ароматические углеводороды. С повышением
температуры поверхностное натяжение углеводородов и их смесей
уменьшается. На границе двух фаз поверхностное натяжение
зависит от свойств обеих фаз. Для углеводородов
поверхностное натяжение на границе с воздухом примерно в 2 раза
меньше, чем на границе с водой.
На процесс испарения топлив оказывают небольшое
влияние и теплоемкость и теплопроводность углеводородов в
жидкой и паровой фазах.
3.2. ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ГОРЮЧЕСТЬ
Процессы воспламенения и сгорания обусловливают полноту
использования химической энергии топлива в двигателях.
Сгорание топлива — это комплекс физико-химических
превращений смеси горючего и окислителя, основная роль в котором
принадлежит быстро протекающей реакции окисления. Процесс
39

сгорания сопровождается свечением и выделением
значительного количества тепла.
Сгорание как сложный химический процесс развивается в
условиях резко изменяющихся температур и концентраций
взаимодействующих веществ. Температура при горении
углеводородно-воздушных смесей изменяется в довольно широких
пределах и достигает 2000 °С. В зависимости от температуры
изменяется не только механизм химических реакций, но и скорость
сопутствующих процессов тепло- и массообмена. От
температуры зависят скорости образования и распада многих
промежуточных продуктов химических превращений, скорости процессов
переноса активных частиц из зоны горения в свежую смесь
и т. д. Часто горение проходит в условиях продолжающегося
испарения капель жидкого топлива и смешения его паров с
воздухом, причем теплота, необходимая для испарения
топлива, подводится из зоны горения.
Таким образом, в процессе горения одновременно могут
протекать разные стадии реакций предпламенного окисления и
горения, детальное исследование которых очень затруднено.
Законченной теории горения пока еще не создано. Однако
плодотворным оказалось использование пероксидной теории с
цепным механизмом для объяснения многих особенностей
процесса сгорания углеводородно-воздушных смесей.
В основе пероксидной теории лежат труды выдающегося
русского ученого академика А. Н. Баха. Он установил,, что
при окислении углеводородов первичными продуктами
являются пероксидные соединения типа гидропероксидов ROOH или
диалкилпероксидов ROOR. Пероксиды относят к разряду
весьма нестойких соединений, обладающих большой избыточной
энергией. При определенных температурах и давлении
пероксидные соединения могут самопроизвольно разлагаться с
выделением большого количества тепла.
Разработка теории цепных реакций и детальное
исследование их механизма принадлежат советским ученым во главе с
лауреатом Нобелевской премии академиком Н. Н. Семеновым.
Показано, что в химических реакциях с цепным механизмом
исходные вещества превращаются в конечные продукты не
непосредственно в результате прямых соударений молекул, а с
образованием ряда промежуточных продуктов. Развитие
цепной реакции определяют особые активные частицы, легко
вступающие в соединение с исходными или промежуточными
продуктами, при этом кроме конечных продуктов вновь
образуются такие же или другие активные частицы, способные также
вступать в реакции, продолжая цепь превращений.
Цикл будет повторяться до тех пор, пока не прекратится
«воссоздание» активных частиц, т. е. не наступит, так
называемый, обрыв цепи. Он может быть связан с попаданием
активных частиц на инертную стенку, соударением активных частиц
между собой, либо с молекулами инертных примесей.
40

В большинстве случаев активными частицами являются
радикалы, т. е. атомы или «осколки» молекул с незамещенными
свободными валентностями. Такие частицы вступают в реакции
с молекулами исходных или промежуточных веществ при
соударениях с ними, без преодоления значительных энергетических
барьеров. Если в результате взаимодействия активной частицы
с какой-либо молекулой воссоздается лишь одна активная
частица, происходит простое продолжение цепи. Такую реакцию
называют неразветвленной. Если же при взаимодействии одной
активной частицы возникают две или большее число новых
активных частиц, происходит, так называемое, разветвление
цепи. Сильно разветвленная цепная реакция протекает всегда
очень быстро.
Горение углеводородов развивается по типу сильно
разветвленной и потому крайне быстрой цепной реакции, и чем
сложнее молекула углеводорода, тем большее число элементарных
актов составляет цепь и образуется больше разнообразных
промежуточных продуктов. Химизм сгорания сложных
углеводородов и их смесей изучен очень мало. Тем не менее накоплен
большой экспериментальный материал, позволяющий во многих
случаях управлять процессом горения, вести инженерные
расчеты тепловых двигателей и разрабатывать мероприятия по
повышению эффективности использования топлива.
При изучении сгорания углеводородных топлив
разграничивают два процесса: процесс воспламенения (инициирования
горения) и процесс распространения пламени.
Для воспламенения горючей смеси необходимо подвести
определенное количество энергии, достаточное для того, чтобы
в некотором объеме смеси обеспечить такие начальные
скорости химических реакций, при которых тепловыделение начинает
превышать скорость отвода тепла от реагирующей смеси в
стенки или в окружающую более холодную смесь.
Воспламенение смеси возможно самопроизвольное (самовоспламенение)
или в результате принудительного зажигания. В поршневых
двигателях внутреннего сгорания применяют оба способа
инициирования процесса сгорания: самовоспламенение смеси
(дизельные двигатели) и принудительное зажигание электрической
искрой.
Самовоспламенение осуществляется при таких условиях,
когда в отдельных местах камеры сгорания в горючей смеси
начинают развиваться прогрессивно самоускоряющиеся
реакции окисления углеводородов, завершающиеся возникновением
пламени. Необходимая энергия для начала таких реакций в
дизельных двигателях подводится за счет сильного сжатия
воздуха, в который впрыскивается топливо. Причинами
самоускорения реакций перед самовоспламенением могут быть:
нарушение равновесия между скоростями разветвления и обрыва
цепей в пользу разветвления (так называемый, цепной взрыв) и
прогрессивный саморазогрев за счет экзотермического эффекта
41

реакций окисления (тепловой взрыв). Обычно оба фактора
действуют совместно — в начальных стадиях процесса
преобладает цепное самоускорение реакции, в последующих — тепловое,
что дает «цепочечно-тепловой взрыв». При самовоспламенении
углеводородных топлив вследствие высокого тепловыделения
саморазогрев реагирующей смеси оказывает решающее влияние
на ускорение предпламенных реакций.
Зажигание представляет собой интенсивное местное
нагревание небольшой части горючей смеси до высокой температуры.
В двигателях для зажигания применяют электрическую искру.
Искровой разряд в системе зажигания двигателя позволяет
практически мгновенно нагреть газ в искровом канале до
температуры выше 10 000°С. При такой температуре пары
углеводородов взаимодействуют с кислородом с огромными
скоростями, и воспламенение некоторого объема смеси происходит
практически мгновенно. Однако вследствие больших потерь,
вызванных излучением и рассеиванием энергии, возникший
«очажок» горения не всегда способен к дальнейшему
распространению после прекращения разряда. Чтобы зажечь горючую
смесь, искровой разряд должен сообщить ей такое количество
энергии, которое бы обеспечило условия для самостоятельного
распространения фронта пламени.
В отличие от воспламенения процесс распространения
пламени идет спонтанно, без внешнего воздействия на горючую
смесь. Очередные слои или объемы горючей смеси
воспламеняются за счет энергии, выделяющейся при сгорании
предшествующих порций той же смеси.
Процессы распространения пламени различают по способам
передачи энергии от горящих слоев в свежую смесь:
диффузионно-цепное и тепловое распространение пламени.
В диффузионно-цепном распространении пламени основная
роль принадлежит диффузии из зоны горения в свежую смесь
активных центров, вызывающих разветвление цепных реакций
в предпламенных стадиях. Высокая температура во фронте
пламени обусловливает и важную роль процессов передачи
тепла из зоны горения в свежую смесь за счет
теплопроводности и диффузии. Такой тепловой процесс распространения
пламени сопровождается и диффузионно-цепным процессом,
однако, значение каждого из них меняется по мере развития
процесса сгорания. Непосредственно после воспламенения горючей
смеси ведущая роль в распространении пламени принадлежит
диффузионно-цепным процессам, а в дальнейшем
преобладающее значение приобретают тепловые процессы.
Скорость распространения пламени зависит также от
состояния смеси перед воспламенением.
В двигателях внутреннего сгорания горючая смесь находится
в интенсивном вихревом движении. Горение носит
турбулентный характер, и скорость распространения пламени составляет
20—40 м/с. С увеличением турбулентности горючей смеси воз-
42

растает скорость сгорания, при этом фронт пламени резко
искривляется и его поверхность увеличивается.
Скорость распространения фронта пламени возрастает при
повышении давления и температуры. Все меры, направленные
на повышение давления и температуры в камерах сгорания,
приводят к увеличению скорости распространения фронта
пламени и как результат — к увеличению скорости сгорания.
Скорость распространения фронта пламени зависит также
от состава смеси, т. е. от коэффициента избытка воздуха.
Максимальное значение скорости при а = 0,90. При обогащении или
обеднении смеси скорость распространения фронта пламени
уменьшается. Происходит это за счет недостатка кислорода при
обогащении смеси или за счет большого расхода тепла на
нагревание избытка воздуха — при обеднении смеси.
При некоторых значениях а в смеси создается такой
избыток воздуха или топлива, что преобладающая часть энергии от
источника воспламенения рассеивается, расходуется на
подогрев этого избытка; скорость распространения фронта пламени
в подобных случаях падает до нуля. Такие значения а,
принятые за пределы распространения пламени, одновременно
являются и пределами воспламенения смеси, так как вне этих
пределов местный источник зажигания не способен обеспечить
распространение процесса горения на весь объем смеси.
Следует отметить, что пределы воспламенения топливовоз-
душных смесей в двигателе зависят не только и не столько от
химического состава самого топлива, сколько от условий
смесеобразования и воспламенения. Принято считать, что в
условиях двигателя верхний предел воспламенения, например, бен-
зино-воздушной смеси равен 0,4—0,5, а нижний—1,3—1,4.
Один из важнейших показателей качества топлива —
теплота сгорания. Объемной теплотой сгорания чаще пользуются для
характеристики газообразных топлив, а массовой — жидких
топлив. Для топлив, применяемых в авиации, наряду с
массовой теплотой сгорания указывают и объемную, так как в
современных летательных аппаратах лимитирующим фактором при
размещении запаса топлива часто является его объем, а не
масса.
Различают высшую QB и низшую QH теплоты сгорания.
Высшая теплота сгорания топлива учитывает и то тепло, которое
выделяется при конденсации паров воды, образовавшейся при
сгорании водорода, входившего в состав углеводородов
топлива. В двигателях внутреннего сгорания температура продуктов
сгорания, покидающих камеры сгорания, выше температуры
конденсации водяных паров. Поэтому при расчетах чаще
используют низшую теплоту сгорания. Между низшей и высшей
теплотами сгорания топлив существует следующая
зависимость:
QH=QB —2,512Gn
где Gn— количество водяных паров, образующихся при сгора-
43

нии 1 кг топлива; 2,512 — теплота парообразования воды,
МДж/кг.
Теплота сгорания топлива может быть найдена
экспериментально при его сжигании в калориметрах разной конструкции
или рассчитана (приблизительно) по данным элементного
состава топлива. При полном сгорании 1 кг углерода до диоксида
углерода выделяется 34,1 МДж тепла, а при полном сгорании
1 кг водорода в водяной пар — 117,3 МДж. Топлива,
содержащие кислород, например, спирты, имеют более низкую теплоту
сгорания. Теплота сгорания углерода и водорода в различных
соединениях — углеводородах может отличаться от^теплот
сгорания этих элементов в свободном состоянии. Так, наличие
тройной связи в ацетиленовых углеводородах повышает их
теплоту сгорания.
Для практических целей определения теплоты сгорания
углеводородных топлив рекомендуется формула Д. И.
Менделеева:
QH=33,9C+103,0 Н—10,9(0—S)
где QH— низшая теплота сгорания в МДж/кг; С, Н, О, S —
массовые доли отдельных элементов (C+H-f-S+O = l).
Ранее уже отмечалось, что массовая теплота сгорания
водорода более чем в три раза превышает массовую теплоту
сгорания углерода. Поэтому чем больше соотношение водорода к
углероду в углеводороде, тем выше его теплота сгорания. Ал-
каны имеют наибольшую массовую теплоту сгорания,
ароматические углеводороды — наименьшую. С увеличением
молекулярной массы алканов их теплота сгорания уменьшается, а у
ароматических углеводородов, напротив, с увеличением
молекулярной массы (за счет числа и длины боковых цепей) растет и
теплота сгорания. В связи с этим топлива, в которых
присутствуют преимущественно алканы, характеризуются более высокой
массовой теплотой сгорания по сравнению с топливами, содер-
Таблица 2. Теплота сгорания углеводородов и топлив
Соединение, топливо
Бутан
Изооктан
Бензол
Бензин
Керосин
Дизельное топливо
Мазут
Метанол
Этанол
Плотность
при 20 °С,
кг/м3
579
692
879
730
822
840
980
791
795
/о, кг
воздуха на кг
топлива
15,48
15,15
13,28
14,80
^15,00
15,00
14,55
6,50
9,00
Теплота сгорания низшая
МДж/кг
45,8
44,6
41,0
44,0
43,2
42,6
41,1
19,0
26,4
МДж/м3
26515
30900
36035
32116
35475
35800
40300
15246
20986
44

нсащими больше ароматических углеводородов. Изомерное
строение углеводородов не влияет на их теплоту сгорания.
Углеводородные топлива лишь незначительно различаются
но теплоте сгорания (табл. 2): их низшая теплота сгорания
колеблется в пределах 41—44 МДж/кг. Повышение мощности или
экономичности двигателей за счет использования топлив с
каким-то повышенным «энергозапасом» не представляется воз-
1шэжным. Таких добавок или присадок, резко повышающих
■ теплоту сгорания, пока не найдено. Небольшое увеличение теп-
"лоты сгорания можно достичь при использовании некоторых
индивидуальных углеводородов, добавлении металлических
суспензий, боргидридов и т. д. Однако эти пути дороги,
малоэффективны, ограничены ресурсами и вряд ли могут получить
широкое применение.
Для сравнения топлив различных видов и суммарного
определения запасов энергетических ресурсов и планирования
топливного баланса страны принята единица учета — условное
топливо (у.т.), имеющее теплоту сгорания 29,33 МДж/кг. По
теплоте сгорания 1 т жидкого нефтяного топлива эквивалентна
1,4—1,5 т у. т.
Для двигателей имеет значение не только теплота сгорания
.топлива, но и количество тепла, выделяющегося при сгорании
топливовоздушной смеси стехиометрического состава, т. е. при
<х=1. Углеводородные топлива мало различаются по
количеству воздуха, теоретически необходимого для полного его
сгорания,— в пределах от 13,9 до 15,0 кг/кг топлива. Причем чем
выше массовая теплота сгорания топлива (выше соотношение
водорода к углероду), тем больше воздуха необходимо для его.
сгорания. В связи с этим количество тепла Q, выделяемое при
сгорании смеси различных топлив с воздухом, изменяется
весьма незначительно:
Топливо /о» кг/кг Qcu, МДж/м3
Автомобильный бензин
Авиационный керосин
Бензол
Этанол
Метанол
Следует обратить внимание на теплоту сгорания спирто-
воздушных смесей. В состав спиртов входит большое
количество кислорода, и теплота сгорания их невелика. Но наличие
кислорода в спиртах сокращает и расход воздуха, необходимый
для сгорания. Поэтому при сгорании спирто-воздушной смеси
выделяется практически столько же тепла, сколько и при
сгорании такого же объема бензино-воздушной смеси.
Естественно, что количество спирта в единице объема спирто-воздушной
смеои будет значительно больше, чем количество, например,
бензина в том же объеме бензино-воздушной смеси. Иными сло-
45
14,8
15,0
13,3
9,0
6,5
3,45
3,46
3,43
3,44
3,40

вами, расход спиртов в двигателе всегда намного превышает
расход углеводородов.
В соответствии с теоретическими расчетами при полном
сгорании смеси жидких углеводородных топлив с воздухом
должно выделиться 3,4—3,5 МДж/м3, или 2,75—2,85 МДж/кг.
Однако в двигателе выделяется значительно меньше тепла из-
за неравномерного распределения топлива и воздуха в
различных местах камеры сгорания. Для расчета вводят специальный
коэффициент полноты сгорания топлива т], значения которого
всегда меньше единицы и зависят от эффективности
смесеобразования в данной конструкции двигателя.
Для вычисления теплоты сгорания смеси, в которой
коэффициент избытка воздуха а не равен единице, можно пользоваться
следующей формулой:
«см- 1+а/о
где Qcm — низшая теплота сгорания горючей смеси, МДж/кг.
3.3. ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ
Для нормальной работы двигателя или топочного устройства
необходима бесперебойная подача топлива в строго
определенном объеме. Уменьшение подачи ведет к обеднению топливо-
воздушной смеси, снижению мощности двигателя и надежности
его работы. Увеличение подачи топлива также нарушает
нормальную работу двигателя и, кроме того, экономически
невыгодно, поскольку повышается расход топлива.
Нарушения в процессе подачи топлива возможны с
изменением следующих показателей его качества:
увеличением вязкости,
образованием в топливе кристаллов льда и углеводородов,
загрязнением механическими примесями, смолистыми
веществами и другими примесями,
испарением части топлива в системе подачи.
Рассмотрим подробно роль и значение каждого из этих
показателей в общей оценке прокачиваемости топлив.
Влияние вязкости топлив на их прокачиваемость. Подача
топлива в камеры сгорания двигателей всегда осуществляется
при некотором давлении, создание которого необходимо для
преодоления гидравлического сопротивления трубопроводов,
каналов регулирующих устройств, фильтров и форсунок. В общем
виде необходимое давление подачи топлива р слагается из
следующих составляющих:
Р = Рср + ДРтр + АРрег + ДРфл + Дрфр
где рср — давление среды, в которую подается топливо; ртр>
ррег, Рфл, Рфр — гидравлические сопротивления трубопроводов,
46

Таблица 3. Вязкость нефтяных жидких топлив при различных температурах
Топливо
Бензин
автомобильный
авиационный
Топливо для
реактивных двигателей
дозвуковых
самолетов
сверхзвуковых
самолетов
Топливо для дизелей
быстроходных
зимнее
быстроходных
летнее
средне- и
малооборотных
Топливо
газотурбинное для судовых и
стационарных
энергетических установок
Мазуты
флотский
топочный
20 е
0
0
1
3
3
4
26
812
100
170
с
,6
,5
,5
,3
о°с
0,8
0,7
2,2
5,8
7
11
123
88
7240
32600
Вязкость
—10 °С
0,9
0,8
2,7
8,3
12
20
1030
910
32000 5
232000 2
динамическая,
—20 °С
1,1
1,0
3,6
12,5
22
50
—
—
,5-106
,26-188
! —зо °с
1
1
5
20
36
300
—
—
—
—
,4
,2
,0
,6
МПа-с
—40 °С
1,8
1,4
7,3
38,3
55
710
—
—
—
—
—50 °С
2
1
И
87
250
1100
—
—
—
—
—60 °С
,2 2,7
,7 2,0
,5 -
з
500
3800
—
—
—
—
регулирующей аппаратуры, фильтров и форсунок
соответственно.
Система подачи в каждом двигателе или топочном
устройстве рассчитана на применение топлива соответствующей
вязкости. От вязкости топлива зависит гидравлическое
сопротивление всех элементов системы питания: чем выше вязкость
топлива, тем больше при прочих равных условиях сопротивление
элементов системы питания. При эксплуатации может наступить
такой момент, когда повышение вязкости топлива и связанное
с ним увеличение гидравлического сопротивления будет столь
велико, что расход топлива окажется недостаточным для обес-
лечения нормальной работы двигателя. Такое явление может
произойти прежде всего во время эксплуатации двигателей при
низкой температуре окружающего воздуха, так как вязкость
всех жидких топлив с понижением температуры резко
возрастает (табл. 3).
Скорость нарастания вязкости топлива при его охлаждении
зависит от строения и молекулярной массы содержащихся в
нем углеводородов. По мере увеличения молекулярной массы
углеводородов всех классов их вязкость увеличивается, а
скорость нарастания вязкости при охлаждении становится все
больше и больше. Из всех классов углеводородов наименьшая
вязкость у алифатических углеводородов. Эти же углеводороды
в меньшей степени изменяют свою вязкость при охлаждении
47

-20 -40 -50
Температура°С
Рис. 5. Зависимость гидравлического
сопротивления трубопровода
(длиной 25 м и диаметром 0,005 м) при
перекачке разных топлив от
температуры:
/ — бензин Б-100/130; 2 — реактивное
топливо ТС-1; 3 — реактивное топливо Т-1;
4 — дизельное топливо арктическое; 5 —
дизельное топливо летнее.
или, как принято говорить,
они имеют наиболее пологую
вязкостно-температурную
кривую. Алифатические
углеводороды разветвленного
строения, имеющие в боковых
цепях два-три атома углерода,
обладают более высокой
вязкостью и при охлаждении изменяют ее более резко, чем
углеводороды нормального строения. При наличии двойной связи в
молекуле алифатического углеводорода вязкость его. меньше.
Ароматические или нафтеновые кольца в молекуле
углеводородов повышают вязкость и ухудшают вязкостно-температур^-
ную зависимость. Бициклические углеводороды при одинаковой
молекулярной массе с моноциклическими имеют не только
более высокую вязкость, но и более крутую зависимость вязкости
от температуры.
Среди жидких нефтяных топлив наименьшую вязкость и
наиболее пологую вязкостно-температурную кривую имеют
бензины (см. табл. 3). Гидравлическое сопротивление системы
питания при прокачке бензинов с понижением температуры растет
незначительно (рис. 5) и практически не влияет на работу
двигателя. Однако и в случае применения бензинов изменение их
вязкости может отразиться на экономичности работы
двигателя. Чем ниже вязкость бензина, тем больше его протекает через
жиклер (калиброванное отверстие для подачи бензина в
карбюраторе). Так, количество бензина вязкостью 0,65 мм2/с,
поступающего в двигатель за одну минуту, составляет 100 г, а
бензина вязкостью 1,0 мм2/с — 95 г.
Гидравлическое сопротивление системы питания реактивных
и особенно дизельных двигателей с понижением температуры
растет более быстро и может повлечь за собой уменьшение
производительности топливных насосов и ухудшение качества рас-
пыливания топлива. Для каждого типа двигателей в
зависимости от конструктивных особенностей топливных систем
существует предельное значение вязкости применяемого топлива.
Использование топлив при таких температурах, при которых
вязкость становится выше предельной, ведет к нарушению
нормальной работы двигателя.
Вязкость тяжелых топлив типа мазутов с понижением
температуры растет особенно быстро. Во многих случаях для про-
48

ведения сливно-наливных операций и обеспечения нормальной
работы котельных установок снижения вязкости мазутов
добиваются подогревом их до 45—100°С.
Образование в топливах кристаллов углеводородов. В
состав топлив входят углеводороды с разной, в том числе и
довольно высокой температурой кристаллизации. Такие
углеводороды находятся в топливах в растворенном состоянии. При
охлаждении топлива растворимость этих углеводородов
уменьшается, и они выпадают в виде кристаллов. Температуру, при
которой из топлива выпадают твердые углеводороды, называют
температурой начала кристаллизации, или температурой
помутнения.
При дальнейшем охлаждении топлива выпавшие кристаллы
твердых углеводородов могут «сращиваться» между собой,
образуя неподвижный каркас. Температуру, при которой топливо
теряет подвижность, называют температурой застывания.
Температуру помутнения определяют визуально или
оптическими методами, отмечая изменение пропускания топливом
световых лучей. Температуру застывания оценивают по
отсутствию подвижности мениска топлива в пробирке при
охлаждении в определенных условиях. Считают, что температура
помутнения топлива характеризует их фильтруемость при низких
температурах, а температура застывания — прокачиваемость.
Однако опыт эксплуатации техники в зимних условиях и
результаты исследований показывают, что оба метода не
позволяют предсказать поведение топлива в эксплуатационных
условиях при низких температурах и служат лишь для
ориентировочной оценки температурных пределов применения топлив.
В настоящее время широкое распространение получает
метод оценки фильтруемости топлив при низких температурах.
Он позволяет определить низкотемпературные свойства топлив
в условиях, приближенных к эксплуатационным, « более
достоверно предсказать поведение топлива в двигателе и при сливно-
наливных операциях. Метод определения предельной
фильтруемости топлив нашел применение для оценки дизельных топлив
(он описан ниже в соответствующей главе).
Растворимость отдельных углеводородов в топливах и
температура выпадения твердых углеводородов в виде кристаллов
зависит от их строения, концентрации и состава топлива.
Температура кристаллизации углеводородов всех классов, как
правило, повышается с увеличением молекулярной массы, а
следовательно, и температуры кипения. Определяющее влияние на
температуру кристаллизации углеводородов оказывает их
строение. Самые высокие температуры кристаллизации имеют
углеводороды с прямой неразветвленной алкановой цепью.
С увеличением длины прямой цепи температура
кристаллизации углеводорода повышается. По мере разветвления алкана
температура кристаллизации его понижается.
4—1354 49

Олефины имеют более низкую температуру кристаллизации,
чем соответствующие алканы. Нафтеновые и ароматические
углеводороды с разветвленными алкильными цепями
кристаллизуются при более низких температурах, чем соответствующие
алканы. С увеличением длины неразветвленной боковой цепи
температура кристаллизации нафтеновых и ароматических
углеводородов повышается.
В бензинах содержатся низкомолекулярные углеводороды,
которые имеют вполне удовлетворительные
низкотемпературные свойства. В тяжелых углеводородных фракциях, входящих
в состав реактивных, дизельных и котельных топлив, наиболее
высокими температурами кристаллизации обладают
нормальные и малоразветвленные алканы. При этом даже небольшое
содержание таких углеводородов резко повышает температуру
кристаллизации топлива. Так, добавление 2% я-гексадекана
С16Н34 повысило температуру кристаллизации изопарафиновой
фракции углеводородов с —75 до —23 °С. Повышение
молекулярной массы добавленного углеводорода нормального
строения сопровождается более резким увеличением температуры
кристаллизации топлива. Введение 1 % углеводородов
нормального строения С15Н32, C20H42 и С24Н50 повысило температуру
кристаллизации углеводородной фракции с —72 до —40, —20 и
0°С соответственно.
Застывание дизельных и более тяжелых топлив могут
вызывать, кроме алканов, моноциклические нафтеновые и
ароматические углеводороды с длинными боковыми цепями
нормального строения.
Возникновение и развитие кристаллов и процесс их
сращивания зависит не только от состава углеводородной части
топлив, но и от концентрации и строения примесей в топливе и в
первую очередь смолистых веществ и сероорганических
соединений. Скорость роста кристаллов прямо пропорциональна
концентрации углеводородов, способных к выпадению из
топлива, и обратно пропорциональна вязкости среды. С
повышением вязкости топлива размеры выпадающих кристаллов
уменьшаются, и скорость их роста замедляется. После выдерживания
топлива при постоянной температуре содержащиеся в нем
кристаллы сращиваются друг с другом, образуя сетчатые
каркасные структуры. Эти структуры захватывают в свои ячейки
жидкие углеводороды, не кристаллизующиеся при данной
температуре.
Для улучшения низкотемпературных свойств топлив
применяют различные меры. Наиболее разработаны и нашли
применение процессы удаления из топлив алканов нормального
строения (процессы депарафинизации). В промышленных
масштабах применяют депарафинизацию с помощью карбамида,
адсорбционную депарафинизацию на цеолитах и
микробиологическую депарафинизацию. Алканы нормального строения, из-
50

влеченные из среднедистиллятных топлив, являются сырьем
для микробиологического синтеза белковых кормов.
При изготовлении топлив заданного качества на заводах
часто используют чисто технологические приемы. Среди них
такие, как облегчение фракционного состава топлив, что ведет к
снижению содержания высокомолекулярных алканов и
улучшению низкотемпературных свойств, смешение высокозастываю-
щих топлив с низкозастывающими при изготовлении тяжелых
товарных топлив.
Экономически наиболее выгодным способом улучшения
низкотемпературных свойств топлив является введение депрессор-
ных присадок. Такие присадки в концентрации до 0,5%
значительно снижают температуру застывания топлива.
Разработанные до настоящего времени депрессорные присадки практически
не влияют на растворимость твердых углеводородов с
понижением температуры. Поэтому эти присадки не влияют и на
температуру помутнения топлив. Твердые углеводороды начинают
кристаллизоваться и образовывать вторую фазу при одной и
той же температуре независимо от того, есть или нет в топливе
депрессорная присадка. Но сращивание выпавших
углеводородов, образование структурного каркаса и застывание топлива
в присутствии присадки происходит при более низких
температурах, чем без присадки. Таким образом действие депрессорной
присадки заключается в снижении температуры застывания
топлива при неизменной температуре помутнения или начала
кристаллизации.
В настоящее время известны сотни соединений, обладающих
депрессорной активностью в топливах. Самые эффективные из
них — соединения полимерного и сополимерного типов.
Практическое применение получили сополимеры этилена с винилаце-
татом. Важнейшими характеристиками сополимерных присадок
является их молекулярная масса и содержание винилацетатных
звеньев. Они определяют растворимость присадок в топливах
и их. депрессорную активность. При одинаковом содержании
винилацетатных групп депрессорная активность повышается с
увеличением молекулярной массы сополимеров, но при этом
снижается растворимость присадки в топливах. Эффективность
депрессорного действия сополимера этилена с винилацетатом
зависит и от состава топлива. В среднедистиллятных топливах
(дизельное, печное бытовое и т. д.) наиболее эффективны в
качестве депрессорной присадки сополимеры молекулярной массы
1400—2300, содержащие около 40% винилацетатных звеньев.
В мазутах более эффективны сополимеры молекулярной массы
1000, содержащие ^33% винилацетатных звеньев.
Прокачиваемость каждого вида топлива при низких
температурах и способы ее улучшения имеют свои особенности,
которые будут рассмотрены в соответствующих главах.
Растворимость воды в топливах и выпадение кристаллов
льда. Содержание воды в топливах в растворенном состоянии
4* 51

30 20 10 0 -10 -20Q -30 -40
Температура,°С
0,010
^ 0,0Ов
§ 0,006
| 0,004
<% 0,002
Со
^
- / ^У\
- ;S
1 г^ —1
J0 15
носыщения, 'чин
Рис. 6. Зависимость растворимости воды в топливе ТС-1 от температуры.
Рис. 7. Скорость насыщения топлива водой:
1 — насыщение из воздуха при 1F=95%; 2 — то же, при Ч?=30%; 3 — насыщение из
водяной «подушки»; температура топлива 17—18 °С, толщина его слоя 15 мм.
незначительное — не более 0,02—0,03% при температуре 20°С.
Наличие растворенной воды при положительных температурах
не оказывает какого-либо отрицательного влияния на
эксплуатационные свойства топлива. Однако при отрицательных
температурах возможно нарушение нормальной подачи топлива и
перебои в работе двигателя. Дело в том, что растворимость
воды в топливах с понижением температуры уменьшается
(рис. 6). В топливе, насыщенном водой при положительной
температуре, в процессе охлаждения появляется ее избыток.
Если условия охлаждения топлива таковы, что -избыток воды
не успевает перейти в воздух (подобные условия довольно
часто создаются в топливных баках), то образуются мелкие капли,
которые при отрицательных температурах превращаются в
кристаллы льда. Кристаллы льда задерживаются на
фильтрующих перегородках топливных систем, что приводит вначале к
частичной, а потом и полной забивке фильтров, т. е. к
прекращению подачи топлива в двигатель. Скорость забивки фильтров
кристаллами зависит от многих факторов, но в первую очередь
от растворимости воды в топливах и ее изменения с
температурой.
Наибольшей растворяющей способностью по отношению к
воде обладают ароматические углеводороды и прежде всего
бензол. С увеличением молекулярной массы и разветвленности
боковых цепей растворимость воды в ароматических
углеводородах уменьшается. Алкены способны растворять значительно
больше воды, чем соответствующие им алканы и нафтеновые
углеводороды. При увеличении молекулярной массы алкановых
и нафтеновых углеводородов растворимость воды в них
снижается, но не столь интенсивно, как у ароматических. При
смешении углеводородов растворимость воды в смесях изменяется
аддитивно. Закономерности, свойственные углеводородам,
определяют и растворимость воды в товарных топливах (табл. 4).
,52

Для топлив, мало различающихся по фракционному составу,
растворимость воды тем выше, чем больше в них содержится
.ароматических углеводородов. При равном содержании
ароматических углеводородов растворимость воды уменьшается с
утяжелением их фракционного состава.
Содержание воды в топливе зависит также от атмосферных
условий. Установлено, что молекулы воды в топливах не
ассоциированы, т. е. они находятся в таком же состоянии, как и
пары воды в воздухе. К воде, растворенной в углеводородах,
применим закон Генри, в соответствии с которым концентрация
воды в растворе пропорциональна парциальному давлению
паров воды над топливом. Это означает, что при данной
температуре содержание воды в топливе определяется не только ее
растворимостью, но и парциальным давлением паров воды в
воздухе. Иными словами, предельное для данной температуры
насыщение водой топлива достигается при 100% -й влажности
воздуха. Снижение влажности воздуха ведет к уменьшению
содержания воды в топливе и наоборот. При этом, поскольку
вода в топливе находится в молекулярном состоянии, она
переходит из топлива в воздух и из воздуха в топливо очень быстро
(рис.7).
Известно, что вода в жидком состоянии представляет собой
смесь ассоциированных образований, содержащих до 8
молекул. Растворение таких структур в топливе должно
сопровождаться разрывом водородных связей в ассоциатах, для чего
должна затрачиваться энергия. Этим объясняется тот факт, что
вода переходит в топливо из жидкой фазы («водяной
подушки») с меньшей скоростью, чем из воздуха. Как видно из
рисунка, топливо быстрее насыщается водой из воздуха с
относительной влажностью 95%, чем из водяного слоя под топливом.
Эти зависимости свидетельствуют также о том, что в обычных
условиях хранения полностью обезвоженное топливо довольно
быстро вновь насыщается водой.
Таблица 4. Зависимость растворимости воды в различных топливах
от температуры
1
Топливо /
/
Бензин
автомобильный
авиационный
Топливо для реактивных
двигателей
для дозвуковых
самолетов
для сверхзвуковых
самолетов
Топливо для быстроходных
дизелей
—10 °С
0,0073
0,0056
0,0033
0,0023
0,0021
Растворимость,
0 °С
0,0098
0,0071
0,0042
0,0029
0,0026
10 °С
0,0137
0,0098
0,0063
0,0039
0,0037
воды, %
| 20 °С
0,0208
0,0150
0,0115
0,0062
0,0058
30 °С
0,0318
0,0232
0,0193
0,0122
0,0104
53

Если в результате охлаждения содержание воды в топливе
превысит ее растворимость при данной температуре, то
избыточная вода из топлива выделяется в виде капель, которые при
отрицательных температурах образуют кристаллы льда. Первые
зародыши капель воды в топливе очень малы и поэтому
невидимы. По мере роста капель и достижения их диаметра 0,1 мкм
топливо мутнеет. Образовавшиеся капли воды в топливе
способны переохлаждаться и превращаться в кристаллы льда не
при 0°С, а при более низкой температуре. Переохлажденное
состояние капель воды в топливе неустойчиво — достаточно
незначительного воздействия, чтобы произошло самопроизвольное
обильное образование кристаллов. Таким воздействием может
быть интенсивное перемешивание топлива, попадание в топливо
активных ядер кристаллизации, например инея и т. д.
Кристаллы льда могут образовываться не только за счет
замерзания капель избыточной воды, но и за счет перехода в
топливо инея от стенок емкостей и топливных баков. При
резком снижении температуры стенки емкостей или баков
охлаждаются быстрее, чем воздух в надтопливном пространстве и
само топливо. Вследствие этого пары воды конденсируются на
стенках с образованием инея, а иней переходит в топливо либо
просто за счет механического осыпания или смывания, либо при
повышении температуры стенки емкости или бака.
Кристаллы льда в топливе могут образовываться и при
резком повышении температуры. При этом температура топлива
остается ниже температуры воздуха, и на поверхности
холодного топлива конденсируются водяные пары из воздуха с
образованием кристаллов при отрицательных температурах.
Форма, размер и состав кристаллов льда в топливе различны
и зависят от условий их образования. В среднедистиллятном
топливе, не содержащем механических примесей, при быстром
охлаждении образуются мелкие, немного удлиненные
кристаллы льда размером 4—10 мкм, а при медленном охлаждении —
15—40 мкм. На плоских фильтрующих перегородках получается
плоская, легко отслаивающаяся рыхлая структура
кристаллов льда, не прилипающая к металлической поверхности.
В объемных фильтрах кристаллы льда проникают в каналы,
постепенно закупоривая их. Жидкость, образующаяся при
плавлении собранных с фильтра и отжатых на фильтровальной
бумаге кристаллов льда, состоит из двух слоев — воды и топлива,
и содержание топлива в ней достигает 50—70%. Это топливо
по свойствам, и в частности, по фракционному составу мало
отличается от топлива, в котором образовались кристаллы
льда. Предполагают, что некоторые углеводороды и примеси
могут образовывать с водой ассоциированные комплексы,
которые выделяются из топлив при низких температурах в виде
кристаллов. Замечено, что участие топлива в возникновении
кристаллов увеличивает объем кристаллической массы,
остающейся на фильтрах, более чем в 2 раза.
54

Иней, отлагающийся на стенках емкостей и баков, также
содержит топливо в количестве 60—80%. Однако фракционный
состав этого топлива более легкий, чем топлива, хранящегося
в емкости. Это свидетельствует об участии паров топлива в
образовании инея.
Для борьбы с нарушениями в работе топливных систем
двигателей, связанными с образованием кристаллов льда в
топливах, разработаны конструктивные и физико-химические
способы.
Из конструктивных мер наиболее часто применяют
устройство, впрыскивающее на фильтр жидкости, способные растворять
кристаллы льда, или подогреватели, которые устанавливают в
топливных системах.
Из физико-химических способов борьбы с кристаллами льда
эффективным оказалось введение в топливо специальных
присадок. Присадки способны не только предотвращать
кристаллообразование льда в топливе, но и растворять ранее
образовавшиеся кристаллы. Действие присадки заключается в том,
что она увеличивает растворимость воды в топливах и снижает
температуру кристаллизации выделяющихся из топлива водных
растворов присадки. Присадка должна растворяться и в
топливах и в воде. Наиболее эффективные присадки такого типа —
многоатомные спирты, а практическое применение получили
метилцеллозольв и этилцеллозольв, которые добавляют в
реактивные топлива в количестве 0,3%.
Влияние загрязнений и механических примесей. Топливо в
процессе транспортирования от нефтеперерабатывающего
завода до потребителя загрязняется механическими примесями. Это,
в первую очередь, почвенная пыль, продукты коррозии
емкостей и трубопроводов, продукты износа перекачивающих
средств и др. На неорганических загрязняющих примесях
обычно адсорбируются органические асфальтено-смолистые
вещества— продукты окислительной полимеризации нестабильных
составляющих топлива. Поэтому в составе механических
примесей органическая часть может достигать 50% и более.
Основные компоненты механических примесей в топливах —
оксиды кремния, алюминия, железа и в значительно меньшем
количестве соединения кальция, магния, натрия и других
элементов. В дорожной пыли, которая часто попадает в топливо,
содержится от 50 до 95% кварца, твердость которого больше
твердости конструкционных материалов деталей двигателей.
Именно кварц вызывает абразивное изнашивание деталей.
Механические примеси в топливах влияют на износ топливной
аппаратуры, цилиндро-поршневой группы в поршневых
двигателях и лопаток в газовых турбинах. Кроме того, они могут
вызывать засорение каналов и жиклеров карбюратора,
увеличивать отложения во впускном трубопроводе, в камерах
сгорания и на клапанах, нарушать плотность посадки иглы на седло
распылителя форсунки и т. д. Все это снижает надежность ра-
55

боты двигателя. Необходимая надежность и долговечность
работы современных двигателей достигается за счет повышения
чистоты применяемого топлива. Для снижения содержания
механических примесей топлива перед использованием
обязательно отстаивают и тщательно отфильтровывают.
Кроме механических примесей топливные фильтры могут
забивать мыла нафтеновых кислот, остающиеся в топливах
после щелочной очистки. Среднедистиллятные фракции некоторых
нефтей содержат сравнительно много нафтеновых кислот. При
щелочной очистке таких фракций образуются мыла — соли
нафтеновых кислот. Мыла удаляются из топлива водной
промывкой, при недостаточной промывке они могут оставаться в
топливе и в виде рыхлой студенистой массы отлагаться на
фильтрах. Хорошая водная промывка дистиллятов и регулярный
контроль качества — это единственные средства освобождения
топлив от мыл нафтеновых кислот.
3.4. СТАБИЛЬНОСТЬ ТОПЛИВ И ИХ СКЛОННОСТЬ
К ОБРАЗОВАНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ
С момента производства на заводе и до сгорания в двигателе
на топливо воздействует ряд факторов, которые вызывают
изменение эксплуатационных свойств. Степень изменения
качества топлив под действием этих факторов различна в
зависимости от их состава. Способность топлива сохранять свои
начальные свойства называют стабильностью. В процессах
транспортирования, хранения и применения свойства топлив могут
изменяться в результате физических или химических процессов.
Поэтому различают стабильность физическую и химическую.
Кроме того, при определенных условиях в топливах могут
развиваться грибки и бактерии, которые способны нарушать
работу двигателей. Способность же топлив противостоять
микробиологическому поражению называют биологической стойкостью
и ее относят к одному из видов стабильности топлив (рис. 8).
В понятие физическая стабильность входит в первую очередь
склонность к изменениям свойств топлив при их частичном
испарении. Физическая стабильность характеризует также
способность топлива не расслаиваться и не образовывать осадков
при смешении в процессах транспортирования и хранения. Это
свойство приобретает особое значение в настоящее время при
использовании спиртов в качестве компонентов топлив.
Попадание воды, а иногда и небольшое снижение температуры могут
вызвать расслоение спирто-топливных смесей. Появление двух
жидких несмешивающихся фаз ведет к нарушению нормальной
работы двигателя. Изменение физической стабильности
топлива может произойти с выпадением второй фазы в виде
твердого осадка. Такие явления имеют место при смешении некоторых
видов тяжелых топлив из различных нефтей, при снижении
растворимости или разложении присадок, присутствующих в
56

Стабильность топлид
—•»
—^
—>■
Физическая
стабильность
Химическая
стабильность
Биологическая
стойкость
Склонность к изменению свойств
за счет испарения
Способность не расслаиваться
и не образовывать осадков при смешении
Склонность к химическим изменениям при обычных
температурах транспортировки, хранения
Склонность к химическим изменениям
при повышенных температурах применения
Стойкость к воздействию бактерий
Стойкость к воздействию плесени
и грибков
Рис. 8. Характеристика стабильности топлив.
топливах и т. д. Выпадение из топлив кристаллов льда и
углеводородов при понижении температуры тоже вызывает
изменение их физической стабильности.
Под химической стабильностью прежде всего понимают
склонность к окислению углеводородов и так называемых
неуглеводородных примесей, содержащихся в топливе. В
результате химических превращений наиболее нестабильных
компонентов в топливе образуются смолистые кислородсодержащие
соединения, которые способны вызвать нарушения в работе
двигателя. Процессы окисления углеводородов и примесей в
значительной мере зависят от температуры, причем температура
влияет не только на скорость отдельных элементарных стадий
и суммарной реакции окисления, но и на характер химических
превращений, количествр и качество продуктов окисления.
В связи с этим принято рассматривать химическую
стабильность топлив при умеренных температурах хранения и
транспортирования (100—120 °С) и термоокислительную
стабильность топлив при более высоких температурах (140—250 °С).
До таких температур топливо может нагреваться в
современных сверхзвуковых летательных аппаратах, если его
используют для охлаждения обшивки при аэродинамическом нагреве.
Биологическую стойкость топлив подразделяют на стойкость
к поражению плесенью и грибками и на стойкость к
поражению бактериями.
Физическая стабильность. В процессах транспортирования,
хранения и применения все топлива испаряются, и
образовавшиеся пары частично рассеиваются в окружающем воздухе,
т. е. теряются. Испарение топлив ведет не только к материаль-
57

ным потерям, но часто сопровождается ухудшением
эксплуатационных свойств и приводит к загрязнению окружающей
среды.
При эксплуатации технически исправных транспортных
средств и сливно-наливных устройств основные потери топлив
от испарения происходят в резервуарах за счет вытеснения
части паровоздушной смеси из газового пространства. Как это
происходит? Для примера рассмотрим два вида потерь топлив
из резервуаров.
При обычных условиях хранения топлива в резервуаре
газовое пространство заполнено смесью воздуха с парами топлива.
С повышением температуры окружающей среды, например,
днем в солнечную погоду, топливо нагревается и
паровоздушная смесь расширяется. При этом возрастает давление в
резервуаре, а чтобы предотвратить его разрушение, открывается
специальный клапан и часть паровоздушной смеси уходит в
атмосферу. В ночное время при охлаждении такого резервуара
в газовом пространстве образуется вакуум, и через клапан в
резервуар поступает воздух. Этот воздух опять насыщается
новыми парами топлива. Такой своеобразный насос —
всасывание воздуха и вытеснение смеси — работает круглосуточйо
в каждом резервуаре, вызывая потери топлив от так
называемых «малых дыханий» резервуара.
При заполнении резервуара первые же порции топлива
интенсивно испаряются в газовое пространство и насыщают его
парами. Последующее заполнение резервуара сопровождается
вытеснением образовавшейся паровоздушной смеси из газового
пространства через клапан в атмосферу. Эти потери принято
называть потерями от «больших дыханий» резервуара, i
< Для снижения потерь топлив от дыхания резервуаров
принимают следующие меры.
1. Уменьшение газового пространства в резервуаре
сокращает потери от малых дыханий. В полностью заполненном
резервуаре относительные потери от испарения меньше, чем в
Таблица 5. Потери автомобильного бензина в средней климатической
зоне при хранении в течение одного месяца
Тип резервуара
Наземный металлический емкостью
2000 м3
Заглубленный металлический
емкостью 2000 м3
То же, с газовой обвязкой
Наземный металлический емкостью
3000 м3
То же, с плавающей крышей
Потери,
осенне-зимний
период
0,75
0,36
0,35
0,45
0,22
кг/т
весенне-летний
период
" 1,75
0,90
0,80
1,00
0,45
58

Таблица 6 Потери топлив в средней климатической зоне при хранении
& течение одного года в наземном металлическом резервуаре
Потерн, кг/т
Топливо

осенне-зимний период

весенне-летний период
Автомобильные бензины 2,70 3,05
Авиационные бензины и другие нефтепродукты 2,40 2,70
/00°С
с /нк^
Керосиновые фракции для технических целей и 0,52 0,60
другие нефтепродукты с tHu=l00—150 °С
Авиационные керосины и другие нефтепродукты 0,22 0,27
с ^н.к=150—180°С
Топлива дизельные и другие нефтепродукты с 0,12 0,12
*н.к>180°С
частично заполненных. Уменьшение объема газового
пространства достигается за счет применения плавающих крыш,
понтонов, плавающих экранов, слоя пластмассовых микрошариков,
пены особого состава и т. д. (табл. 5). Все эти средства,
находясь на поверхности топлива, снижают до минимума объем
газового пространства.
2. Сокращение амплитуды колебания температуры газового
пространства уменьшает потери от испарения. Сюда относятся
мероприятия, направленные на защиту резервуаров от
нагревания солнечными лучами; это — затенение лиственными
деревьями, окраска светлыми красками, устройство различного рода
экранов, охлаждение водой, заглубление и др. В подземном
резервуаре потери топлив от испарения в несколько раз мень-
.ше, чем в наземном.
3. Сооружение специальной системы улавливания паров с
помощью газовой обвязки резервуаров, установка на
резервуарах специальных конденсаторов-холодильников и т. д. (см.
табл. 5).
Все перечисленные меры находят и комплексное
применение, что дает значительный экономической эффект,
предотвращает ухудшение качества топлив и загрязнение окружающей
атмосферы.
Топлива различают по своей склонности к потерям от
испарения: чем больше легкокипящих фракций в топливе, чем ниже
температура начала кипения топлива и чем выше давление его
насыщенных паров, тем больше его склонность к потерям от
испарения. Из всех видов жидких товарных топлив
максимальную склонность к потерям от испарения имеют бензины,
особенно автомобильные (табл. 6).
Стойкость к расслаиванию — одна из составляющих
физической стабильности топлив. Топлива, содержащие только
углеводородные компоненты, не расслаиваются при любых
температурах. Попадание воды в такие топлива не сопровождается
59

вымыванием каких-либо компонентов, и после отстоя топлива
не изменяют своих свойств. Иначе ведут себя топлива, в
которых присутствуют кислородсодержащие компоненты, и, в
частности, спирты.
Растворимость низкомолекулярных спиртов (метанола и
этанола) в углеводородных топливах ограничена. При попадании
воды концентрация спиртов снижается, при этом ухудшается
их растворимость в углеводородах, и топливо мутнеет.
Стабильность бензино-метанольных смесей зависит и от
углеводородного состава бензина, и от концентрации метанола. С
увеличением содержания ароматических углеводородов в бензинах
стабильность их смесей с метанолом повышается, а с
увеличением концентрации метанола в бензине, стабильность смеси
уменьшается. Наименее стабильны смеси, содержащие от 20 до
50% метанола.
Топлива более тяжелого фракционного состава смешиваются
с метанолом хуже, чем бензины, и расслаиваются при более
высоких температурах. Температуру расслаивания топливно-
метанольных смесей можно снизить введением стабилизаторов.
Самым эффективным стабилизатором метанольно-бензиновых
смесей оказался бутанол (как нормального, так и изострое-
ния). Правда, для стабилизации смесей, содержащих 15%
метанола, необходимо вводить довольно много бутанола — от 5
до 7%. Температура расслаивания такой смеси колеблется от
минус 30 до минус 60 °С в зависимости от состава бензина.
Склонностью к расслаиванию при хранении обладают
котельные топлива, которые содержат остатки атмосферной и
вакуумной перегонки нефти, а также крекинг-остатки. В таком
топливе присутствует много асфальтено-смолистых веществ в
различных агрегатных состояниях — от коллоидных до
крупнодисперсных частиц. Эти вещества легко уплотняются и могут
выпадать в осадок. При смешении топлив," содержащих такие
высокомолекулярные соединения (асфальтены, смолы,
полициклические ароматические углеводороды), возможно расслоение и
образование осадка. Предполагают, что это происходит
вследствие изменения растворяющей способности среды. 3. И. Сю-
няев считает, что при смешении тяжелых топлив происходят
изменения толщин сольватных оболочек сложных структурных
единиц, которые определяют стабильность смеси и могут
вызвать расслоение нефтяных дисперсных систем с образованием
осадков.
Вопросы стабильности тяжелых топлив против расслоения
и выпадения осадков при хранении и смешении требуют
дальнейшего изучения и разработки мер повышения физической
стабильности.
Химическая стабильность. Соприкосновение топлива с
воздухом происходит на любой стадии — при хранении,
транспортировании и применении. Нестабильные соединения, входящие
в состав топлива, под действием кислорода воздуха претерпе-
60

вают химические изменения с образованием смолистых веществ
сложного состава. Продукты окисления способны вызывать
коррозию трубопроводов и деталей систем питания, забивать
фильтры, образовывать отложения на клапанах и в камерах
сгорания. Способность топлив противостоять химическим изменениям
при хранении, транспортировании и применении называют
химической стабильностью. Чем выше химическая стабильность,
тем более длительное время может храниться топливо. Но
каждый вид топлива должен обладать какой-то минимальной
стабильностью, и это значение указывают в стандарте технических
условий в виде допустимого срока хранения данного топлива.
Химическая стабильность топлив зависит от
состава и строения углеводородной части, от содержания и природы
неуглеводородных примесей. Кроме того, скорость и глубина
окисления зависят от таких факторов, как температура,
концентрация кислорода, наличие солнечного света, катализаторов
и ряда других факторов.
Окислению при хранении подвергаются все углеводороды, но
с разной скоростью, причем окисление происходит
самопроизвольно, без подвода энергии извне, поэтому его называют
автоокислением.
Современные представления о механизме автоокисления
базируются на пероксидной теории академика А. Н. Баха и
теории разветвленных цепных реакций Н. Н. Семенова. Большую
роль в формировании теории окисления сыграли
фундаментальные исследования В. Н. Кондратьева, С. С. Медведева,
Н. М. Эмануэля, К. И. Иванова, Н. И. Черножукова, С. Э. Крей-
на, Б. В. Лосикова и других советских ученых.
Автоокисление углеводородов — сложный многостадийный
процесс, развивающийся через пероксидные соединения и
свободные радикалы. Общая схема окисления в соответствии с
современными взглядами включает следующие элементарные
стадии: зарождение цепи, развитие цепи, разветвление цепи и
обрыв цепи.
Зарождение цепи начинается с возникновения первичных
свободных радикалов:
2RH >- 2R.+H2
Они могут образовываться в результате термического или
фотохимического воздействия, взаимодействия с растворенным
кислородом, а также химической реакции с каким-либо
индуцирующим веществом.
Образовавшийся активный свободный радикал, обладая
высокой реакционной способностью, вовлекает в реакцию
молекулярный кислород, при этом получается активный и нестойкий
пероксидный радикал
R. _^_о2 >- ROO.
который вступает в реакцию с новой молекулой исходного или
6 1

другого углеводорода. Образуется гидропероксид и новый
радикал, который продолжает окислительную цепь:
ROC +R'H ^ ROOH + R'.
Гидропероксиды могут разлагаться с образованием новых
активных радикалов, которые дают начало разветвлению
окислительных цепей
ROOH >- RO. + НО.
2ROOH >■ ROO. +RO. +Н2О
Радикалы RO», ROO*, НО» являются новыми активными
центрами, и цепь окислительных превращений разветвляется.
Эти реакции называют реакциями вырожденного разветвления,
так как продолжение цепей идет в результате диссоциации на
радикалы промежуточных продуктов в отличие от продолжения
их от первичных активных центров.
Пероксидные радикалы способны подвергаться
перегруппировке с образованием стойких диалкильных пероксидов.
Столкновение двух перокоидных радикалов может дать и неактивные
продукты окисления. Гидропероксиды могут претерпевать
различные превращения с образованием сложной смеси
стабильных конечных продуктов реакций:
R.+R >■ R—R
R. + ROO. >• ROOR
2ROO- >- Молекулярные соединения
Взаимодействия подобного рода ведут к обрыву цепи.
Обрыв цепей может происходить не только в результате
получения молекулярных соединений, выбывающих из цепной реакции,
но и за счет* столкновения радикалов с какой-либо
поверхностью, например со стенкой сосуда.
Следует отметить характерную особенность актоокисления
углеводородов. Пероксидный радикал, образовавшийся при
окислении нестабильного углеводорода, может вступить в ре-
акцию и вызвать окисление другого более стабильного
углеводорода, не способного в данных условиях непосредственно
окисляться молекулярным кислородом. Такое окисление
называют сопряженным или индуцированным. Присутствие даже
очень малых количеств нестабильных соединений может
вызвать быстрое окисление всей массы углеводородов.
Процесс автоокисления углеводородов является
самоускоряющимся. В первый период окисления, называемый периодом
индукции, происходит накопление пероксидов. При обычных
температурах скорость этого процесса невелика. При развитии
и разветвлении окислительных цепей скорость окисления
возрастает. В продуктах окисления со временем появляются
стабильные конечные соединения, и некоторые из них способны
обрывать окислительные цепи, и скорость окисления
снижается. Типичная кривая зависимости скорости окисления
углеводородов от времени носит s-образный характер (рис. 9).
€2

Рис. 9. Зависимость скорости окисления
углеводородов (поглощение кислорода) от
времени.
Изложенная выше радикально-
цепная схема наиболее полно
объясняет особенности автоокисления
углеводородов и хорошо
согласуется с обширными
экспериментальными данными. Углеводороды
различных КЛаССОВ В заВИСИМОСТИ ОТ
строения имеют большую или
меньшую склонность к автоокислению. В большей степени
подвержены окислению алкены (олефины), но их склонность к
окислению зависит от строения углеводородного скелета и
расположения двойных связей. Углеводороды с сопряженными двойными
связями (ациклические или циклические), а также с одной
двойной связью в боковой цепи, связанной с ароматическим
ядром, относят к инициаторам окисления остальных групп
углеводородов в топливах. Среди алкенов менее склонны к
окислению циклены с одной двойной связью в цикле, диены с
удаленными двойными связями и олефины. Склонность к окислению
олефинов возрастает по мере разветвления углеродной цепи и
приближении двойной связи к середине молекулы.
Углеводороды других классов окисляются намного труднее,
чем алкены, но и их склонность к окислению определяется
строением и молекулярной массой. Наименее подвержены
автоокислению алканы и нафтены, ароматические углеводороды с
боковыми цепями окисляются значительно легче, но бензол
окисляется очень трудно.
С повышением молекулярной массы склонность алканов к
окислению повышается. Окислению способствуют также
увеличение числа и длины боковых цепей, наличие третичного
атома углерода и несимметричность молекулы.
Исследованиями К. И. Иванова установлены
закономерности направления первоначального присоединения кислорода к
углеводородам разного строения при автоокислении в жидкой
фазе. Кислород присоединяется к углеводородам по связям
С—Н с образованием гидропероксидов ROOH. Присоединения
кислорода по связям С—С с образованием диалкилпероксидов
R—О—О—R не обнаружено.
При окислении алкенов кислород присоединяется к
углеродному атому, соседнему с углеродными атомами, связанными
двойной связью. При температурах выше 80 °С возможна атака
кислорода непосредственно по двойной связи. Самые
нестабильные сопряженные диолефины и ароматические углеводороды с
ненасыщенными боковыми цепями присоединяют кислород по
месту двойной связи. При этом образующиеся пероксиды часто
носят полимерный характер.
63-

В алканах и нафтенах присоединение кислорода идет в
первую очередь к третичному углеродному атому и труднее — к
вторичному; первичные связи С—Н являются самыми
стойкими. В ароматических углеводородах окисляются прежде всего
боковые цепи.
Конечные продукты автоокисления углеводородов состоят
в основном из кислородсодержащих соединений. Их состав и
свойства зависят от строения углеводорода, глубины его
превращения и условий автоокисления. В продуктах окисления
алканов, а также циклических углеводородов с длинными
боковыми цепями преобладают вещества кислотного характера,
тогда как при окислении циклических углеводородов с
короткими боковыми цепями увеличивается содержание продуктов
конденсации и уплотнения. Преобладающими продуктами
окисления алкенов являются смолистые вещества.
Товарные топлива — это смесь углеводородов различного
строения и автоокисление их имеет свои особенности.
Присутствие даже небольшого количества (менее 1%) реакционно-
способных алкенов делает практически любую смесь
углеводородов подверженной окислению кислородом воздуха при
обычных температурах. Следует отметить, что в окислительных
превращениях топлив при хранении участвуют и такие
вещества, как соединения серы — меркаптаны и сульфиды,
кислорода— фенолы, нафтолы и органические кислоты, азота —
замещенные пирролы и индолы. Они способны сами участвовать в
окислительном процессе, ускоряя или замедляя его особенно на
первых стадиях.
Таким образом, при хранении товарных топлив в
результате автоокисления сложной смеси углеводородов и примесей,
образуются разнообразные продукты. Эти соединения
взаимодействуют между собой, подвергаются дальнейшему окислению,
полимеризации и конденсации, тем самым содержание
смолистых соединений в топливах непрерывно растет. В топливе,
которое поступает потребителю, могут присутствовать
продукты всех стадий окисления — от только что образовавшихся пе-
роксидов, до высокомолекулярных продуктов окисления и
уплотнения, трудно растворимых в углеводородной среде.
Повышения химической стабильности топлив можно достичь
разными средствами. Очистка топлив от активных алкенов и
примесей неуглеводородного характера существенно уменьшает
склонность топлив к окислению. Можно подвергать топлива
сернокислотной очистке или очистке адсорбентами для
извлечения нестабильных углеводородов. Можно гидроочисткой
разрушать сернистые соединения в бензинах, керосинах и
дизельных топливах, гидрированием перевести все алкены в алканы.
Но самым эффективным и экономичным способом повышения
химической стабильности топлив является добавление
специальных антиокислительных присадок.
В этой области проведены большие исследования, найдены
64

эффективные присадки, изучены особенности механизма их
действия. Эффективными в топливах оказались фенолы, амины
и аминофенолы. Их действие связывают со способностью
обрывать реакционные цепи с получением менее активных
продуктов. Антиокислитель может взаимодействовать с алкильны-
ми радикалами, начинающими цепи окисления, т. е. может
предотвращать образование этих цепей. Антиокислитель может
реагировать с гидропероксидами, препятствуя тем самым
разветвлению окислительных цепей. И, наконец, антиокислитель
может реагировать со свободными радикалами RO* и ROO»
с образованием малоактивных радикалов, не способных
продолжать окислительную цепь.
Фенолы, ароматические амины и аминофенолы тормозят
окисление, вступая во взаимодействие с пероксидиыми
радикалами ROO-.
Реакция антиокислителя (ингибитора) с пероксидным
радикалом осуществляется через отрыв подвижного атома водорода
окси- или аминогруппы ингибитора с образованием гидроперо-
ксида и стабильного свободного радикала ингибитора:
InH + ROO. >- In- +ROOH
Эффективность ингибитора зависит от подвижности атома
водорода или энергии диссоциации связи In—Н.
Характеристикой подвижности атома водорода в молекуле
антиокислителя может служить его окислительно-восстановительный
потенциал: чем слабее связан атом водорода в молекуле ингибитора,
тем выше его антиокислительная эффективность. Однако при
очень слабой связи ингибитор может сам взаимодействовать с
кислородом, что ведет к быстрому его расходованию.
Антиокислители в топливах эффективны в очень малых
концентрациях— сотые или тысячные доли процента. При
увеличении концентрации действие антиокислителя усиливается, так
как возрастает вероятность встречи его с радикалами ROO».
Однако при большом содержании некоторые антиокислители
становятся «проокислителями».
Эффективность антиокислителя зависит также от момента
введения его в топливо. Добавление антиокислителя на заводе
в только что полученное топливо более эффективно, так как он
успевает оборвать реакционные цепи на ранних стадиях.
Введение антиокислителя позднее обрывает лишь часть цепей и
не всегда предотвращает автоокисление. Установлено, что во
время хранения топлив антиокислители не могут полностью
предотвратить окисление: они расходуются при взаимодействии
с пероксидными радикалами и наступает момент, когда процесс
окисления начинает автокаталитически ускоряться. Действие
антиокислителей выражается в увеличении продолжительности
периода индукции, т. е. в повышении допустимого срока
хранения топлив.
При подборе антиокислителей для топлив весьма эффектив-
5—1354 65

ным оказалось использование не одного, а двух или более
соединений, отличных по механизму действия и взаимно
усиливающих действие друг друга. Такое явление, получившее
название синергизма, позволяет повысить суммарную
эффективность антиокислителя при меньшей общей концентрации его з
топливе. Например, в качестве синергической пары можно
использовать вещество, взаимодействующее с пероксидным
радикалом (амин или фенол), и вещество, разрушающее гидропер-
оксиды (сернистые антиокислители). В этом случае фенол или
амин, реагируя с пероксидными радикалами, выводит их из
цепной реакции, а сернистый антиокислитель, реагируя с гид-
роперокоидами, помогает ему, снижая концентрацию гидропер-
оксидов, а следовательно, и поступление новых пероксидных
радикалов.
Выбор и эффективность антиокислителей зависит от
состава и свойств топлива, поэтому конкретные данные о
применении антиокислителей в различных топливах рассмотрены в
соответствующих главах.
Термоокислительной стабильностью топлив
называют их способность противостоять окислению при
высоких температурах — порядка 140—250°С. Этот показатель
качества топлив имеет особое значение для дизельных и
реактивных топлив, которые подвергаются нагреву в топливных
системах в условиях эксплуатации.
Исследованиями установлено, что при нагреве прямогонных
топлив до 100—120 °С окисление нестабильных углеводородов
в какой-то мере ингибируется природными антиокислителями —
соединениями, содержащими кислород, серу и азот. При более
высоких температурах все природные гетероорганические
соединения сами быстро и глубоко окисляются кислородом,
растворенным в топливе, с образованием смолистых соединений и
твердого осадка, который забивает фильтры. Поэтому
освобождение топлива от гетероорганических соединений в результате
гидроочистки или адсорбционной очистки повышает их
термоокислительную стабильность. Но такое топливо, лишенное
природных антиокислителей, при хранении окисляется кислородом
воздуха, и термоокислительная стабильность его падает.
При высокой температуре резко возрастает скорость всего
многостадийного окислительного процесса. При этом роль
отдельных реакций и стадий в возникновении продуктов
окисления с повышением температуры может значительно изменяться.
Так, при низкотемпературном окислении, топлива различаются
длительностью индукционного периода окисления. При высоких
температурах длительность индукционного периода для всех
топлив резко сокращается и разница между топливами разного
состава нивелируется. В этих условиях большую роль играют
скорости вторичных превращений продуктов окисления, их
дальнейшего окисления, полимеризации и конденсации. Приобретает
значение и общее содержание «нестабильных» соединений в топ-
66

ливе, способных окисляться в подобных условиях. Так, в
гидроочищенных топливах меньше «нестабильных» веществ, чем в
прямогониых топливах, поэтому и общее количество отложений
в топливной системе при использовании таких топлив заметно
ниже.
При использовании топлив с невысокой термоокислительной
стабильностью возможны нарушения в работе топливных
систем вследствие выпадения осадка, забивающего поры фильтров,
и образования смолистых отложений на деталях топливных
систем. Смолистые отложения могут вызывать нарушения в
работе форсунок, топливо-регулирующей аппаратуры и т. д.
Термоокислительная стабильность повышается за счет
применения очистки (гидроочистки) топлив и введения в них
присадок. Причем для повышения термоокислительной
стабильности топлив обычные антиокислительные присадки, как
правило, не пригодны. При высоких температурах они либо мало
эффективны, либо становятся проокислителями, либо сами
быстро окисляются, образуя дополнительное количество продуктов
окисления. Для улучшения термоокислительной стабильности
топлив могут найти применение не только новые
высокотемпературные антиокислители, но и присадки, препятствующие
сращиванию мелких частиц смолистых веществ в крупные
структуры. Такие «диспергирующие» или «моющие»
(препятствующие образованию отложений) присадки в настоящее время
нужны как для дизельных, так и для реактивных топлив.
Биологическая стойкость. Около 80 лет назад было
установлено, что некоторые микроорганизмы могут существовать
в нефти, питаясь углеводородами. Впоследствии микробиологи
обнаружили сотни видов микроорганизмов, способных
изменять свойства твердых, жидких и газообразных углеводородов.
При этом было отмечено, что некоторые виды микробов
избирательно окисляют алканы преимущественно нормального
строения, и эти углеводороды — единственный источник
энергии, необходимой для жизнедеятельности микроорганизмов.
Биомасса, накопленная микроорганизмами, служит основой
для получения кормового белка. Так, с помощью бактерий
удалось совместить два процесса переработки углеводородного
сырья — депарафинизацию и получение белковых кормов для
животных.
Однако микроорганизмы, питающиеся углеводородами,
являются причиной нарушения нормальной работы двигателей
машин и механизмов. Образование микробиологических масс
и продуктов их жизнедеятельности способствует коррозии
металлов и покрытий, ведет к забивке трубопроводов, фильтров
и мелких каналов топливоподающей аппаратуры. Особую
опасность микробиологическое загрязнение представляет для
реактивных топлив, к качеству которых и чистоте их
предъявляют высокие требования. Размножение микроорганизмов в
топливной системе самолета приводит к забивке датчиков уров-
5* 67

ыемеров и топливных фильтров, разрушению защитных
покрытий и коррозии крыльевых баков.
Микроорганизмы, попадая из воздуха в топливо, могут
длительное время сохраняться в нем, не размножаясь, но >и не
отмирая. Многие микроорганизмы хорошо развиваются в
двухфазных системах, состоящих из топлива и воды. При этом
микробиологические массы формируются на поверхности раздела
между топливом и водой. Росту микроорганизмов в топливах
способствует повышение температуры. Наиболее частые случаи
вредного воздействия микроорганизмов на топлива отмечены в
тропических районах земного шара. Здесь сочетается большая
влажность с высокой температурой, т. е. создаются самые
благоприятные условия для развития грибков и бактерий.
Для борьбы с микроорганизмами используют
бактерицидные присадки к топливам, обработку топлива
электромагнитным излучением, фильтрование топлива через бактерицидные
фильтры и другие способы.
3.5. КОРРОЗИОННАЯ АКТИВНОСТЬ И СОВМЕСТИМОСТЬ
С НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ
В процессах хранения, транспортирования и применения
топлива могут вызвать коррозионные поражения металлов,
набухание, разрушение или изменение технических характеристик
резин, герметиков и других материалов. Все это приводит к
преждевременному износу и снижению прочности двигателей,
трубопроводов и резервуаров, сокращает сроки эксплуатации машин
и механизмов. Продукты сгорания топлив способны вызывать
коррозию цилиндров, поршней, клапанов, агрегатов выпускного
тракта двигателей и увеличивать коррозионную активность
атмосферы.
Под коррозией понимают самопроизвольное разрушение
металлов и сплавов вследствие химического или
электрохимического взаимодействия их с окружающей средой (газами либо
жидкостями). Процесс коррозии обычно протекает на границе
двух фаз — металла и жидкости или газа.
Причиной возникновения коррозии является
термодинамическая неустойчивость металлов. Все атомы металлов, из
которых изготовлены металлические детали машин и механизмов,
резервуары и трубопроводы, в условиях эксплуатации
стремятся перейти в более стабильное окисленное (ионное) состояние.
Самопроизвольный переход металла в такое устойчивое
состояние и составляет суть коррозии.
Химический или электрохимический коррозионные процессы
принципиально различны по механизму и по скорости
протекания.
Химической называют такую коррозию, когда металл
вступает в прямое химическое взаимодействие с окружающей
средой или с некоторыми компонентами среды. Это — обычная хи-
68

мическая реакция, которая подчиняется законам химической
кинетики гетерогенных реакций. Химическая коррозия
протекает в средах, не проводящих электрического тока: в сухих
газах и неэлектролитах. Протекающие при этом окислительно-
восстановительные реакции осуществляются путем
непосредственного перехода электронов с атома металла на окислитель,
входящий в состав среды. При химической коррозии окисление
металла и восстановление окисляющего агента среды
происходит в одном акте. Примером химической коррозии является
газовая коррозия выпускного тракта двигателей отработавшими
газами. В топливной системе двигателей химическая коррозия
возможна за счет взаимодействия металлов с некоторыми
сернистыми соединениями, содержащимися в топливах.
Электрохимическая коррозия происходит только в том
случае, когда на поверхности металла имеется электролит, т. е.
водный раствор солей, кислот или щелочей, способных
проводить электрический ток. Такая коррозия протекает со
значительно большей скоростью, чем химическая, поэтому, как
правило, она играет ведущую роль в разрушении металлов и
сплавов при хранении и применении топлив.
Многочисленными исследованиями установлено, что на
поверхности металлов, соприкасающихся с атмосферой, всегда
образуется тонкая пленка воды. Газы, находящиеся в воздухе,
растворяются в пленке воды и создают электролит на
металлической поверхности. Так возникают условия для
электрохимической коррозии в атмосфере. Аналогичные условия возникают
и в топливных системах, резервуарах и трубопроводах.
Небольшое количество воды может попадать в топливо при заправке,
резкой смене температуры и влажности воздуха. При
хранении топлив в них могут образовываться и некоторые
водорастворимые продукты окисления, которые также образуют пленку
электролита, т. е. вызывают электрохимическую коррозию.
Любая поверхность металла электрохимически неоднородна:
отдельные участки имеют некоторую разность в электродных
потенциалах. Участок с меньшим электродным потенциалом
в контакте с электролитом становится анодом. На аноде ион-
атом металла переходит из решетки в раствор, при этом
освобождаются электроны:
М+£? —
ион-атом
-> М+
ион
металла
+ е
электрон
Ион-атомы в поверхностном слое металла в отличие от ион-
атомов, находящихся в глубине, испытывают только
одностороннее воздействие со стороны других ион-атомов и электронов
металла. Поверхностные ионгатомы металла под воздействием
полярных молекул воды переходят в раствор в виде гидрати-
69

рованных (окруженных молекулами воды) положительно
заряженных ионов. Электроны же остаются на анодном участке
металла, поскольку они не гидратируются и в раствор не
переходят. Анодный участок поверхности заряжается отрицательно:
> 4М+-4Н2О + 4е
ион-атом гидратированный электрон
ион металла
Другой участок поверхности металла, который имеет более
положительный электродный потенциал, в контакте с
электролитом становится катодом. На катоде происходит ассимиляция
тех электронов, которые освободились на анодном участке
металла. Например, при наличии кислот в электролите на
катодном участке металла ионы водорода поглощают избыток
электронов и тем самым разряжаются, превращаясь в атомы
водорода. Атомы водорода, соединяясь друг с другом, могут
образовывать молекулы водорода, а они в виде пузырьков газа
выделяются из раствора. Однако, атомарный водород может
образовывать оболочку на поверхности катода, и эта оболочка
тормозит коррозионный процесс вплоть до его прекращения.
Образование оболочки — пленки водорода называют поляризацией.
Обратный процесс — разрушение водородной пленки,
связанный с удалением водорода с поверхности катода, называют
деполяризацией, а вещества, способные связывать и удалять
водород, называют деполяризаторами.
Таким образом, при контакте металла с электролитом
протекают два процесса: анодный, обусловленный образованием
ионов металла в электролите и избыточных электронов на
анодных участках, и катодный, связанный с ассимиляцией
электронов. Анодный и катодный участки разделены, и для протекания
обоих процессов необходим переток электронов в металле и
ионов в электролите. Электроны перетекают от более
отрицательного анодного участка к менее отрицательному или более
положительному катодному участку, стремясь к выравниванию
потенциалов замкнутых электродов. Одновременно в
электролите идет соответствующее перемещение катионов и анионов.
Иными словами, каждая пара электрохимически неоднородных
участков металла в присутствии электролита образует корот-
козамкнутый гальванический элемент. Поверхность
корродирующего металла представляет собой множество постоянно
работающих гальванических элементов, при этом анодные
поверхности разрушаются.
Не трудно заметить, что электрохимическая коррозия в
отличие от химической протекает в электропроводящей среде и
состоит не из одного акта, а из нескольких одновременно
идущих электродных процессов.
70

Так, при коррозионном разрушении железа по
электрохимическому механизму на обоих участках протекают следующие
реакции:
на аноде на катоде
Fe° > Fe2+ + 27 Н+ + е >■ Н°
Fe2+ + 2ОН- >• Fe(OH)2 н° + н° > Н2
4Fe(OH)2 + О2 + 2Н2О > № + Н° + 0,5ОЯ > Н2О
>- 4Fe(OH)3 27+0,5О2 + Н2О >■ 2ОН"
Оксиды Fe2+ и Fe3+ нерастворимы в воде и входят в состав
продуктов коррозии железа (ржавчина, окалина).
Коррозионная активность зависит от состава топлива. Сами
углеводороды, содержащиеся в топливе, не оказывают
коррозионного воздействия на металлы и сплавы. Коррозионная же
активность топлив обусловливается наличием в них
неуглеводородных примесей (в первую очередь, сернистыми и
кислородными соединениями) и водорастворимыми кислотами и
щелочами.
Водорастворимые кислоты и щелочи являются случайными
примесями. Чаще других в топливах может присутствовать
щелочь в чистом виде или в виде мыл нафтеновых кислот.
Некоторые виды топлив для удаления сернистых и кислородных
соединений подвергают обработке 8—12%-м раствором
щелочи. После «защелачивания» топлива промываются водой, но
при недостаточной отмывке в топливе остаются следы щелочи
или мыла нафтеновых кислот. Присутствие следов серной
кислоты или ее кислых эфиров в топливах после сернокислотной
очистки практически исключено, так как эта очистка в
настоящее время не применяется. Среди водорастворимых кислот
могут оказаться сульфокислоты как продукты глубокого
окисления некоторых сероорганических соединений. Другие
водорастворимые кислоты и щелочи могут попасть в топлива, например,
при использовании недостаточно чистой тары или
трубопроводов. Водорастворимые кислоты вызывают сильную коррозию
любых металлов, а щелочи корродируют алюминий, поэтому
присутствие тех и других в топливах недопустимо.
Среди других примесей на коррозионную активность топлив
больше всего влияют сероорганические соединения. При
обычных температурах не все соединения серы вызывают коррозию
металлов. Наиболее активны сероводород, свободная сера и
меркаптаны. Эти вещества называют соединениями «активной»
серы, и их содержание в топливах строго ограничивается.
Сероводородная коррозия с образованием сульфидов
особенно опасна для цинка, меди, железа, латуни. Сера действует
на медь, а при небольшом повышении температуры и на
железо. Меркаптаны взаимодействуют почти со всеми металлами,
при этом получаются меркаптиды. Некоторые соединения серы
71

[ 1 I
\
.
t-оп т
г—^
Рис. 10. Зависимость коррозии в
камере сгорания от температуры
корродируемой поверхности:
/ — область низкотемпературной коррозии;
2 — область высокотемпературной
коррозии.
в процессе хранения топлив
способны окисляться до
кислых водорастворимых
продуктов, образование которых рез-
ко повышает скорость
электрохимической коррозии.
Кроме активных сернистых
соединений — сероводорода, серы и меркаптанов — в топливах
присутствуют и неактивные, такие, как сульфиды, дисульфиды,
тиофены, тиофаны, которые при обычных температурах не
взаимодействуют с металлами. Подобное деление соединений серы
справедливо только для периода хранения и
транспортирования топлива. В процессе сгорания топливо-воздушной смеси
в двигателе все сернистые соединения образуют коррозионно-
активные оксиды серы — SCb и SO3. Именно поэтому общее
содержание серы в топливах обязательно ограничивается.
Характер коррозионного действия оксидов серы на металлы
зависит от температуры (рис. 10). При относительно низкой
температуре, когда возможна конденсация водяных паров из
продуктов сгорания, имеет место электрохимическая коррозия
под действием серной или сернистой кислот (растворение SO2
и БОз в воде происходит весьма быстро). Это — область
низкотемпературной электрохимической коррозии (область 1). При
температуре выше критической конденсации влаги на
поверхностях не происходит и протекает высокотемпературная сухая
газовая химическая коррозия (область 2).
Существует область оптимальных температур, где коррозия
минимальна. Как видно снижение температуры ниже
оптимальной резко увеличивает скорость электрохимической коррозии,
тогда как скорость газовой коррозии возрастает с повышением
температуры не столь быстро. Таким образом, с точки зрения
коррозионного воздействия продуктов сгорания сероорганиче-
ских соединений высокотемпературные режимы менее опасны,
чем низкотемпературные. В практике эксплуатации выявлено,
что при прочих равных условиях понижение температуры в
системе охлаждения двигателя увеличивает темп его износа,
причем в двигателях с воздушным охлаждением коррозия
оказывает меньшее влияние на износ цилиндров, чем в двигателях с
водяным охлаждением. В карбюраторных двигателях коррозия
оказывает более сильное влияние на износ цилиндров, чем в
дизелях. Наибольшая роль коррозионных процессов в общем
износе двигателя наблюдается при пуске двигателя, особенно
72

в зимнее время и при его эксплуатации с частыми и
длительными остановками.
Основные объекты коррозионного воздействия продуктов
сгорания сернистых соединений — цилиндро-поршневая группа
двигателя и выпускной тракт. Лабораторными и дорожными
испытаниями установлено, что общий износ деталей двигателей
примерно прямо пропорционален содержанию серы в топливе,
а очистка топлив от серы является радикальным средством
снижения коррозионного износа цилиндро-поршневой группы
двигателя. При необходимости использования сернистых топлив
(особенно дизельных, где содержание серы может достигать
1%) снижение коррозионного износа возможно за счет введения
щелочных присадок в масло. Такие присадки нейтрализуют
кислоты и предотвращают коррозию.
Все отечественные товарные масла для автомобильных
дизелей обязательно содержат присадки. Применение топлив с
ограниченным содержанием серы и при обязательном
присутствии противокоррозионной присадки в масле обеспечивают
минимальный коррозионный износ деталей двигателя.
Сложнее защитить от коррозии элементы выпускного
тракта двигателя и особенно глушителя. Оксиды серы легко
растворяются в капельках воды, конденсирующихся из продуктов
сгорания. Такой конденсат представляет собой слабый раствор
серной и сернистой кислот высокой коррозионной
агрессивности. Здесь единственный химмотологический путь снижения
коррозии— уменьшение содержания серы в топливах.
Кислородсодержащие соединения всегда присутствуют в
топливах в том или ином количестве. Они могут попадать в
топливо из нефти или ее дистиллятов в процессах
нефтепереработки, а также могут образовываться при окислении
нестабильных углеводородов при хранении и транспортировании
топлив.
Среди кислородсодержащих соединений, попадающих в
топлива из нефти, высокой коррозионной агрессивностью обладают
нафтеновые кислоты. Однако они оказывают заметное
коррозионное действие только на свинец и цинк, а на другие цветные
металлы, и тем более на черные, они действуют незначительно.
Это обстоятельство позволило использовать концентрат
нафтеновых кислот в качестве противоизносной присадки к топливам
(см. гл. 6). Тем не менее общее содержание нафтеновых кислот
в стандартах на топлива обычно ограничивают предельно
допустимой величиной кислотности.
Разнообразные по строению и содержанию кислородные
соединения образуются в топливах при хранении и
транспортировании. Кислые продукты окисления нестабильных
углеводородов обладают значительно большей коррозионной
активностью, чем нафтеновые кислоты, тем более, что часть их
растворима в воде. Окисление металлов при контакте с топливами,
очевидно, происходит под действием пероксидных радикалов

или гидропероксидов, а оксиды металлов легко
взаимодействуют с кислотами. При хранении всех видов топлив
коррозионная активность их повышается. Однако этот процесс протекает
медленно, и топлива становятся некондиционными по какому-
либо показателю (например, по содержанию фактических смол,
кислотности) раньше, чем коррозионная активность их
превысит допустимые значения.
Для снижения коррозионной активности, как было отмечено
выше, топлива подвергают очистке. Современным и
распространенным методом удаления примесей из топлив является
гидроочистка, в результате которой снижается содержание сернистых
и кислородных соединений.
Антиокислительные присадки предотвращают окисление
углеводородов и сернистых соединений, тем самым
предотвращают образование пероксидных и кислых продуктов окисления.
Действие специальных антикоррозионных присадок,
снижающих коррозионную активность нефтепродуктов, может быть
различно: химическое взаимодействие присадки с металлом и
образование на его поверхности защитной пленки (ингибиторы хе-
мосорбционного действия); образование на металле защитной
пленки вследствие адсорбции полярных групп поверхностно-
активных веществ (ингибиторы адсорбционного действия);
нейтрализация кислотных агрессивных продуктов (ингибиторы
нейтрализующего действия). В качестве антикоррозионных
присадок находят применение многие соединения, среди которых
в промышленных масштабах производят нитрованные масла,
зольные и беззольные сульфонаты, эфиры алкенилянтарных
кислот, соли нитробензойных кислот, аминопроизводные и
другие вещества.
Для снижения газовой коррозии выпускного тракта
двигателей при использовании сернистых топлив важное значение
имеет соотношение образующихся оксидов серы SO2 и SO3, причем
триоксид серы оказывает большее коррозионное воздействие.
Все меры, снижающие концентрацию SO3 в продуктах
сгорания, приводят к уменьшению коррозии. Б. В. Лосиковым было
показано, что добавление небольших количеств аммиака в
камеры сгорания двигателей, снижает образование SO3 и
уменьшает коррозионный износ деталей. Аналогичное действие
оказывают и некоторые азотсодержащие присадки к топливам.
Причиной коррозионного поражения металлических стенок
резервуаров, топливных баков и трубопроводов могут служить
продукты жизнедеятельности микроорганизмов. В
обезвоженном топливе, как уже говорилось ранее, микроорганизмы не
размножаются, но остаются жизнеспособными долгое время и
при попадании воды начинают развиваться. Микроорганизмы в
топливах могут образовывать кислые коррозионно-активные
вещества в виде коричнево-черной слизи, которая скапливается
на дне резервуаров и топливных баков или на границе раздела
двух фаз — топлива и воды. Продукты жизнедеятельности мик-
74

роорганизмов могут разрушать защитные покрытия на
металлах, вызывать разложение антикоррозионных присадок.
Эффективные меры борьбы с микробиологической коррозией
металлов в присутствии топлив — добавление к последним
бактерицидных присадок.
Важное эксплуатационное значение имеет совместимость
топлив с неметаллическими материалами, из которых
изготовлены отдельные детали топливных систем, топливорегулирую-
щей аппаратуры, насосов, трубопроводов, резервуаров и
топливных баков. Углеводороды — хорошие растворители многих
неметаллических материалов, причем особенно высокая
растворяющая способность у ароматических углеводородов,
содержание которых в топливе достигает более 50%. При контакте
топлив с резинами, разного рода герметиками и некоторыми
пластическими массами возможно набухание этих материалов,
вымывание из них ингредиентов и присадок. При этом могут
существенно ухудшаться эксплуатационные свойства
указанных материалов и наступает их преждевременное старение.
Совместимость топлив с резинами оценивают по изменению
сопротивления разрыву и относительного удлинения образца
резины до и после контакта с топливом обычно при
повышенных температурах, иногда при барботировании воздуха. Для
изготовления резино-тканевых резервуаров, заправочных
шлангов, соединительных труб и других деталей, соприкасающихся
с топливами, используют специальные виды бензомаслостойких
резин.
Степень воздействия топлива на герметики* оценивают по
изменению их твердости после обработки топливом при повы-'
шенных температурах.
Испытания топлив на совместимость с неметаллическими
материалами необходимо вести в присутствии всех присадок,
вводимых в данное горючее. Например, в авиационное
реактивное топливо на аэродромах добавляют антиводокристаллизую-
щие присадки, которые представляют собой многоатомные
спирты высокой растворяющей-способности. На дне топливного
бака самолета в водной фазе концентрация такой присадки
может достигать 80%, что влияет на набухаемость герметика и в
местах длительного контакта приводит к изменению сил
адгезии герметика к металлу, вспучиванию и отслоению герметика
от стенок бака.
3.6. ЗАЩИТНАЯ СПОСОБНОСТЬ
Применение гидроочистки для приготовления товарных топлив
привело к неожиданным результатам. С помощью этого
процесса удалось из топлива удалить практически полностью все кор-
* Герметики — материалы типа мастик; их применяют, например, в
самолетостроении для герметизации кессон-баков.
75

Таблица 7-. Коррозионная активность и защитная способность топлив
Исходное №
То же, после
Исходное №
То же, после
Исходное №
То же, после
Топливо
1
гидроочистки
2
гидроочистки
3
адсорбционной очистки
Коррозионная
активность (в отсут-
ci вне влаги), г/м2
0,3
0,1
0,6
0,2
0,8
0,1
Защищая
способность (в
присутствии влаги), г/м2
2,9
10,1
1,4
6,3
3,5
8,2
розионноактивные компоненты. Однако коррозия металлов в
присутствии очищенных топлив в ряде случаев не только не
уменьшилась, но даже увеличилась. Оказалось, что
коррозионная активность самого топлива после гидроочистки
действительно уменьшается. Но гетероорганические соединения в топ-
ливах (в основном, серо- и кислородсодержащие) способны как
поверхностно-активные вещества образовывать пленки на
поверхности металла, предотвращающие электрохимическую
коррозию в присутствии влаги. Это свойство топлив назвали
защитной способностью.
В табл. 7 приведены данные по коррозионной активности и
защитной способности трех образцов топлив до и после
удаления основной массы гетероорганических соединений.
Эксперименты проводили на лабораторном приборе в одинаковых
условиях без воды и с водой. Следует отметить, что в условиях
коррозионного воздействия на металлы и коррозионная
активность топлив и их защитная способность проявляются
одновременно. Поэтому такое деление, конечно, условно, но оно
помогает при изучении механизма протекания коррозионных
процессов и разработке эффективных антикоррозионных и
защитных присадок.
3.7. ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА
Во многих двигателях все подвижные детали топливных систем
смазываются самим топливом. Это позволяет избежать
сооружения на двигателях дополнительной масляной системы и
обеспечить смазку мелких деталей топливоподающей и
регулирующей аппаратуры, где смазочные масла применять невозможно.
Интенсивность износа трущихся деталей при контакте с
топливом определяется конструктивными и эксплуатационными
особенностями топливных систем и свойствами применяемых
топлив. Среди конструктивных факторов следует назвать
металлы и сплавы, из которых изготовлены трущиеся детали,
чистота обработки их поверхностей, величина и характер нагрузок
и др. Из эксплуатационных факторов наиболее важен
температурный режим работы деталей и степень нагрева топлива.
7.6

Совокупность всех свойств топлива, которые влияют на
износ трущихся пар, работающих в среде данного топлива,
называют противоизносными свойствами. Степень загрязненности
топлива механическими примесями (почвенная пыль, продукты
износа и коррозии металлов), хотя и влияет на интенсивность
износа трущихся пар, но является величиной переменной и
зависит от принятой системы фильтрования, и поэтому в понятие
противоизносные свойства обычно не включается. Противоиз-
носные свойства топлив оценивают величиной износа трущейся
пары в топливе или другими показателями, функционально
связанными с износом.
Противоизносные свойства топлив зависят от вязкости и
характера изменения вязкости с температурой, от наличия в
топливах поверхностно-активных веществ. Смазывающие cBqfi-
ства топлив значительно хуже, чем у масел, так как и вязкость
и содержание ПАВ в топливах меньше, чем их содержание в
маслах. Чем выше пределы выкипания топлив, больше их
вязкость и содержание ПАВ, тем лучше их противоизносные
свойства.
На поверхностях трущихся пар при контакте с топливом
образуется граничный слой, обладающий специфичными
свойствами. Этот очень тонкий граничный слой — толщиной меньше
1 мкм — выполняет роль смазочной пленки. Он предотвращает
непосредственный контакт поверхностей трения, при этом
уменьшаются сила трения и износ трущихся деталей.
Образование смазочной пленки связано с большой активностью
поверхностного слоя металла. Атомы металла, расположенные на
поверхности, имеют свободные связи, не компенсированные
соседними атомами. Благодаря этому поверхность металла способна
притягивать из топлива в первую очередь
поверхностно-активные вещества.
Молекулы углеводородов в отсутствие внешнего
электрического поля неполярны, и их дипольный момент равен нулю.
Присутствующие в топливах молекулы гетероррганических
соединений содержат атомы серы, кислорода или азота. Такие
молекулы полярны и имеют постоянный дипольный момент,
обусловленный несовпадением «центров тяжести» положительных
и отрицательных зарядов. Эти соединения притягиваются
поверхностью металла, строго ориентируются в слоях и создают
ту смазочную пленку, которая уменьшает трение и износ.
Установлено, что наилучшими противоизносными свойствами
обладают кислородные соединения.
Образование смазочной пленки на поверхностях трения
может быть обусловлено не только физической адсорбцией
наиболее полярных гетероорганических соединений, но и химическим
взаимодействием составляющих топлив с металлами (хемосорб-
ция). Адсорбция некоторых соединений на поверхности
металлов иногда переходит в хемосорбцию при повышении
температуры. Увеличение температуры может иметь местный харак-
77

тер в различных местах контакта трущихся пар. Хемоеорбцп-
онная пленка более прочна, чем адсорбционная, поэтому ее
стараются создать в самых нагруженных узлах трения.
В результате удаления из топлив гетероорганических
соединений при гидроочистке или адсорбционной очистке
ухудшаются противоизносные свойства топлив. Однако в очищенное
топливо можно ввести противоизносные присадки. В качестве
таких присадок оказались эффективными некоторые органические
жирные кислоты, амины, фенолы, аминофенолы и их
производные, азот-, серо-, фосфор- и хлорсодержащие соединения.
Зависимость износа трущихся деталей от температуры топлива
носит экстремальный характер. Вначале при повышении
температуры топлива темп износа растет, затем снижается. Для
каждого вида топлив существует температура, при которой износ
трущихся пар достигает максимума.
С повышением температуры топлива уменьшается его
вязкость, снижается прочность адсорбционных пленок на
поверхности трущихся пар и как итог — износ металлов
увеличивается. При дальнейшем росте температуры возрастает роль
химического взаимодействия компонентов топлив с поверхностями
трения, адсорбционные пленки переходят в хемосорбционные,
что сопровождается снижением темпа износа металлов.
Вязкость не является определяющей характеристикой в оценке про-
тивоизносных свойств топлив, так как в узлах трения топливной
аппаратуры обычно отсутствуют условия для
гидродинамической смазки, а чаще имеет место граничное трение Все же, как
правило, более вязкие топлива имеют лучшие противоизносные
свойства, чем маловязкие, поскольку в них больше смолистых
соединений — поверхностно-активных веществ.
Противоизиосные свойства топлив ухудшаются в
присутствии микрозагрязнений. Механические примеси и продукты
коррозии, попадая на трущиеся поверхности, разрушают пленку и
вызывают абразивный износ. Важное значение при этом имеют
общее содержание микрозагрязнений, их размер и состав.
3.8. ОХЛАЖДАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ
В некоторых случаях топливо успешно используют для
охлаждения вспомогательных агрегатов, масляных радиаторов
системы приводов и других устройств. Расход топлив в двигателях
довольно большой, что позволяет отвести значительное
количество тепла от какого-то нагреваемого объекта и одновременно
нагреть топливо перед поступлением в двигатель, а это
способствует его испарению перед сгоранием. Использование топлива
в качестве теплоносителя особенно распространено в
летательных аппаратах со сверхзвуковой скоростью полета. В таких
условиях вследствие аэродинамического нагрева резко
увеличивается общая теплонапряженность аппарата, и для охлаждения его
агрегатов и внешней обшивки применяют топливо.
78

Для того чтобы топливо могло служить эффективным
теплоносителем, к нему предъявляют специфические требования:
1) температура начала кипения должна быть выше
температуры возможного нагрева топлива на выходе из
теплообменников (закипание топлива может вызвать нарушения в работе
систем питания и топливорегулирования);
2) высокая термическая стабильность и неспособность
окисляться при температурах нагрева в теплообменниках;
3) высокая теплоемкость: теплоемкость углеводородных
топлив при 20 °С и атмосферном давлении колеблется в
пределах 1,6—2,0 кДж/(кг-К), с повышением температуры она
возрастает и при 250—280°С достигает 3,2—3,6 кДж/(кг-К).
4) высокая теплопроводность, которая обусловливает
скорость протекания процесса теплоотдачи.
Теплопроводность углеводородных топлив зависит от их
химического состава и при 0°С и атмосферном давлении лежит в
пределах 0,115—0,125 Вт/(м-К). С повышением температуры
теплопроводность топлив уменьшается; давление влияет
незначительно. Наибольшую теплоемкость имеют алканы
нормального строения. По мере увеличения разветвленности и роста
отношения С: Н теплоемкость углеводородов падает. Высокую
теплоемкость имеют спирты. При увеличении давления
теплоемкость немного уменьшается.
В целом охлаждающая способность топлив тем лучше, чем
выше их температура начала кипения, меньше давление
насыщенных паров, больше теплоемкость и теплопроводность.
3.9. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Экология как наука о взаимоотношениях человека с
окружающей средой в век научно-технической революции приобретает
все более важное значение. Окружающая нас среда — земля,
воздух, воды рек, озер, морей, растительный и животный
мир — представляет собой равновесную систему, в которой
происходят сложные взаимосвязанные процессы обмена веществ и
энергии. В последние годы бурное развитие промышленности,
транспорта и строительства привело к резкому загрязнению
незаменимых компонентов окружающей среды — воздуха, воды
и почвы. При этом происходит истощение пресноводных
водоемов и лесных ресурсов, уменьшение численности многих
животных. Проблема охраны воздушного бассейна, сохранения
фауны и флоры — наиболее актуальная задача человечества на
ближайшие годы. В нашей стране необходимость охраны
окружающей среды сформулирована как важная государственная
задача в Конституции СССР: «В интересах настоящего и
будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для
охраны и научно обоснованного, рационального использования
земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного
мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения
79

воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей
человека среды» (статья 18).
Нефть и нефтепродукты — самые распространенные
загрязнители окружающей среды. Все больше нефти добывают в море
на континентальном шельфе, что создает благоприятные
условия для загрязнения нефтью морской воды. Транспортирование
нефти и нефтепродуктов водными путями иногда
сопровождается авариями танкеров и образованием на водной поверхности
больших нефтяных «пятен», загрязнением воды и побережья.
Воздействие нефти и нефтепродуктов на окружающую среду
связано в первую очередь с токсичностью углеводородов и
примесей как в жидком, так и парообразном состоянии. Кроме
того, токсичностью обладают и некоторые продукты сгорания
нефтяных топлив. К экологическим аспектам химмотологии
следует отнести и пожарную опасность, возникающую в процессах
транспортирования и применения нефтепродуктов. Пожары,
образующиеся вследствие воспламенения нефтепродуктов,
часто приводят к уничтожению растительного мира, прекращению
жизнедеятельности в верхних слоях почвы и нарушению
экологического равновесия в окружающей среде.
Чтобы исключить или в значительной степени снизить
проявление вредных и опасных свойств нефтепродуктов, важно
знать особенности их применения и необходимые меры
безопасности. Соблюдение мер предосторожности при работе с
нефтепродуктами позволяет обеспечить полную безопасность
обслуживающего персонала и избежать их вредного воздействия на
окружающую среду.
Токсичность нефтепродуктов. Токсичностью (или
ядовитостью) называют способность нефтепродуктов вызывать
нарушение жизнедеятельности живых организмов.
Пары нефтепродуктов чаще всего попадают в организм
человека через органы дыхания с воздухом. Этот путь отравления
нефтепродуктами наиболее опасен, так как пары легко
проходят через альвеолы легких и всасываются в кровь. При этом
они сразу вовлекаются в круг кровообращения, минуя печень,
которая играет важную роль в задержке и обезвреживании
токсичных веществ. Через желудочно-кишечный тракт
нефтепродукты могут попасть в организм человека с пищей, водой или
в результате случайного приема внутрь.
Нефтепродукты могут легко проникать в организм и через
неповрежденную кожу. Углеводороды растворяются в жирах
и жироподобных веществах, покрывающих кожу. Особенно
легко проникают через кожу топлива и масла под давлением при
повышенных температурах. На слизистые оболочки и на глаза
нефтепродукты оказывают раздражающее действие как в
жидком, так и в парообразном состоянии.
Токсичность нефтепродуктов обусловливается их
химическим и фракционным составом. Алканы действуют на нервную
систему как наркотики, токсичность изоалканов ниже, чем уг-
£0

леводородов нормального строения. Цикланы более токсичны,
чем алифатические углеводороды. Наличие двойных связей
увеличивает токсичность углеводородов. Токсичность смеси
углеводородов выше токсичности отдельных ее компонентов.
Присутствие сероорганических и кислородсодержащих
соединений усиливает токсичность нефтепродуктов.
Пары керосина и дизельного топлива сильнее раздражают
слизистые оболочки и глаза и более ядовиты, чем пары
бензина. Однако испаряемость керосина и дизельного топлива
значительно ниже испаряемости бензина, поэтому возможность
отравления их парами при обычных условиях применения мала.
Более тяжелые нефтепродукты, такие, как масла и мазуты,
имеют еще меньшее значение давления насыщенных паров, и
отравление их парами — явление чрезвычайно редкое. Однако
случайное вдыхание масляного тумана или большого
количества паров при зачистке емкостей от остатков мазутов без
защитных средств могут привести к отравлениям.
Степень и характер поражения человека испарениями
нефтепродуктов обусловлены концентрацией паров в воздухе,
длительностью пребывания в загазованной атмосфере,
температурой окружающей среды, физическим состоянием и
физиологическими особенностями данного организма. Тем не менее, для
предупреждения загрязнения окружающей среды и для
безопасности человека установлены единые предельно допустимые
концентрации (ПДК) вредных веществ.
Допустимой считается такая концентрация того или иного
вещества, которая не оказывает на человека прямого либо
косвенного вредного и неприятного действия, не снижает его
работоспособности, не отражается на самочувствии и
настроении, а также не влияет на растительность, климат местности,,
прозрачность атмосферы и бытовые условия населения.
В табл. 8 приведены допустимые и опасные коцентрации
некоторых нефтепродуктов, компонентов и присадок в атмосфере.
Попадание нефтепродуктов в водную среду сопровождается
образованием очень тонких (толщиной от микронов до долей
микронов) пленок, которые длительное время держатся на
поверхности воды, отрицательно воздействуя на кислородный
режим водоема. Нефтяная пленка под влиянием ветров
прибивается к берегам, загрязняя прибрежную растительность.
Допустимую концентрацию нефтепродуктов в воде определяют по
органолептическому показателю вредности. Так, бензин и
керосин не оказывают влияния на запах воды при содержании до
0,1 мг/л, а мазуты и масла — до 0,3 мг/л. В воде водоемов
рыбохозяйственного значения нефтепродукты могут
присутствовать в растворенном и эмульгированном состояниях в
количестве, не превышающем 0,05 мг/л; при большем содержании
рыба приобретает запах нефтепродуктов.
В последние годы возникла необходимость нормирования
загрязнения и в почве. Это вызвано использованием промыш-
6—1354 81

Таблица 8. Предельно допустимые и опасные концентрации некоторых
веществ в воздухе
Продукт, вещество
Топлива нефтяные с
преобладанием алка-
нов и цикланов
То же, с
преобладанием алкенов и аре-
нов или с
повышенным содержанием
соединений серы
Бензол
Толуол
Метанол
Этанол
ПДК в
атмосферном
воздухе
населенных
мест, мг/м3
аксима.
ая разо
2 ас
К сз
§|
он
5,0 1,5
— —
1,5 0,8
0,6 0,6
1,0 0,5
5,0 5,0
6 <Ь
ex S
О)
Ijl
с: S 3"
300
100
20
50
50
1000
Концентрации,
допустимые для

кратковременного пребывания
§ а-
юоо—
2000
500—
1000
500
1000
1000
5000
5
>емя, mi
ю
40
40
30
30
40
60
Концентрации,
опасные
для
жизни
энцентр
•1Я, мг/к
35000—
40000
20000—
30000
4000
10000
6000
20000
X
X
)смя, м:
я
10
10
10
10
15
20
ленных сточных вод для орошения сельскохозяйственных
угодий, попаданием на почву отработанных масел и неочищенных
сточных вод мелких автохозяйств, нефтебаз и другими
причинами.
Токсичность продуктов сгорания. Все продукты сгорания
жидких и газообразных углеводородных топ лив поступают в
атмосферу, в той или иной мере загрязняя воздух.
Современные теплоэлектростанции, котельные и промышленные печи
являются источниками выброса в атмосферный воздух
диоксида серы, оксидов углерода и азота. Для борьбы с загрязнением
атмосферы нефтяные топлива подвергаются обессериванию, а
дымовые газы — очистке с помощью уловителей и
утилизаторов.
Значительную роль в загрязнении атмосферы крупных
городов играет автомобильный транспорт. Численность
автомашин в городах быстро увеличивается, при этом растет и вклад
автомобильного транспорта в общий выброс вредных продуктов
в атмосферу. Автомобиль — движущийся источник загрязнения
и в жилых районах, и местах отдыха. Токсическими выбросами
автомобилей являются выпускные (отработавшие) газы, картер-
ные газы, и пары топлива из карбюратора и топливного бака,
причем основная доля приходится на выпускные газы. Состав
этих газов и содержание в них токсичных компонентов зависит
от многих факторов: коэффициента избытка воздуха, качества
смесеобразования, химического состава применяемых топлив
82

и смазочных материалов, степени совершенства организации
процесса сгорания в данной конструкции двигателя.
Установлено, что в отработавших газах содержится свыше двухсот
различных соединений — продуктов неполного сгорания,
частичного окисления и термического разложения топлив и смазочных
материалов — в той или иной мере вредных для здоровья
людей. Кроме того, при температуре сгорания в условиях
двигателя азот воздуха, взаимодействуя с кислородом, образует
весьма токсичные продукты — оксиды азота.
Рассмотрим более подробно токсичность продуктов
сгорания и влияние качества топлива на состав отработавших газов.
Продукты сгорания в двигателях содержат следующие
основные токсичные соединения, представляющие наибольшую
опасность:
оксид углерода СО (угарный газ);
оксиды азота NO, N02, N2O4, N2O5, которые принято
обозначать суммарно N0*;
углеводороды, не сгоревшие, разложившиеся при высокой
температуре или вновь образовавшиеся из продуктов глубокого
разложения;
сажа — твердый, мелкодисперсный, углеродистый продукт
сложного состава;
продукты окисления и неполного сгорания углеводородов
(альдегиды, кетоны и др.);
оксиды серы S02 и S03, образующиеся при сжигании
сернистых топлив;
соединения свинца, образующиеся при сгорании
этилированных бензинов (в присутствии тетраэтилсвинца).
Оксид углерода. Длительно допустимая концентрация
оксида углерода, еще практически'не оказывающая отрицательного
воздействия на организм человека, составляет 1 мг на 1 м3
воздуха. Образование оксида углерода происходит главным
образом при горении обогащенных смесей, т. е. в условиях
недостатка кислорода: чем выше коэффициент избытка воздуха, тем
меньше СО в продуктах сгорания. Улучшение всех свойств
топлив, влияющих на процесс их испарения и качество
смесеобразования, повышает полноту сгорания и снижает содержание
оксида углерода в отработавших газах.
Оксиды азота. Токсичность диоксида азота N02 в 10 раз
выше токсичности оксида углерода. Образование оксидов азота
непосредственно с реакциями горения топлива не связано. Оно
идет в основном за счет цепных реакций атомов и радикалов,
выделяющихся при диссоциации молекул 02 и N2 в условиях
высоких температур, достигаемых в пламени. Оксиды азота
могут также образовываться при сгорании азотистых соединений,
содержащихся в топливах и маслах. Эти вещества могут
попадать в топлива и масла из нефти, при ее переработке, а могут
и вводиться в виде присадок для улучшения тех или иных
эксплуатационных свойств.
6* 8а

Содержание оксидов азота в продуктах сгорания зависит от
максимальных температур рабочего цикла двигателя, наличия
местных точечных перегревов, обусловленных неоднородностью
состава смеси, а также от скоростей сгорания топливовоздуш-
ных смесей. Например, концентрация оксидов азота снижается
почти в 2 раза при сжигании пропана и бутана вместо бензина,
содержащего более тяжелые цикланы и особенно
ароматические углеводороды. Теоретические температуры сгорания
различных углеводородов в стехиометрических смесях с воздухом
при начальной температуре 0°С и постоянном давлении
следующие (в °С):
Пропан —2110 Циклогексан — 2140 Толуол — 2211
Бутан — 2118 Циклопентан — 2153 Ксилол — 2206
Октан — 2128 Пентан — 2189 Бензол — 2258
Снижение содержания оксидов азота при переходе с бензина
на сжиженный газ при прочих равных условиях происходит не
только вследствие более низких температур сгорания, но и за
счет большей гомогенности и меньшей скорости сгорания
газовоздушных смесей. Особенно резко снижается концентрация
оксидов азота в отработавших газах при использовании спиртов
в чистом виде либо в смеси с углеводородами. Спирты имеют
высокую теплоту испарения и понижают начальную
температуру смеси, тем самым они уменьшают максимальные
температуры рабочего цикла двигателя. Возможность снижения
содержания оксидов азота в продуктах сгорания является важным
преимуществом спиртов и спиртосодержащих топлив.
Углеводороды. Все углеводороды, содержащиеся в
продуктах сгорания, следует разделить на две группы. Одну из них
составляют несгоревшие углеводороды, токсичность которых
очень различна, но в среднем принято считать ее в 1,5 раза
меньше токсичности СО. Эти углеводороды попадают в
отработавшие газы из пристеночных, относительно холодных слоев
топливовоздушной смеси. Состав их непостоянен и зависит как
от химического состава топлива, так и от скорости протекания
термической деструкции преимущественно тяжелых, трудно
испаряющихся углеводородов. Среди этих углеводородов
содержатся более токсичные (ароматические и олефины) и менее
токсичные (алканы и нафтеновые).
Во вторую группу углеводородов следует выделить
полициклические ароматические углеводороды, обладающие
канцерогенными свойствами. Таких углеводородов обнаружено в
отработавших газах более 20, но в наибольшем количестве
содержится бенз(а)пирен — C2oHi2, концентрация которого
может достигать 0,5 мг/м3.
Полициклические ароматические углеводороды могут
образовываться в результате термического разложения (пиролиза)
тяжелых фракций топлива и смазочного масла в условиях
недостатка кислорода. Участие смазочного масла в образовании
Н

полициклических ароматических углеводородов
подтверждается тем, что с увеличением износа деталей цилиндро-поршневой
группы двигателя и повышением расхода масла содержание
таких углеводородов в отработавших газах увеличивается в
десятки раз. Вероятно, полициклические ароматические
углеводороды не только образуются в процессах термической
деструкции в камерах сгорания, но и просто переходят в отработавшие
газы из топлива и смазочного масла и этот переход возможен
как в жидкой, так и в паровой фазах.
Наличие очень малых количеств полициклических
ароматических углеводородов в топливах и маслах нефтяного
происхождения установлено экспериментально. Они обладают
высокой адсорбционной способностью и выбрасываются из камер
сгорания вместе с мелкими частицами сажи в виде дыма.
Сажа— хороший адсорбент, и полициклические ароматические
углеводороды довольно прочно удерживаются в порах ее
частиц. Концентрация полициклических ароматических
углеводородов в отработавших газах невелика. Но попадая в легкие
человека вместе с дымом, они могут накапливаться в организме,
способствуя возникновению злокачественных заболеваний.
Сажа. Частицы сажи образуются в камерах сгорания в
результате пиролиза и окислительного крекинга углеводородов
и неуглеводородных примесей в тех зонах, где кислорода
недостаточно. Образование сажи зависит главным образом от
организации процесса сгорания, качества распыливания топлива
и однородности состава смеси. Качество топлива также влияет
на дымность отработавших газов. Присутствие в топливе высо-
кокипящих углеводородов, тяжелых и смолистых веществ, оле-
финов и ароматических углеводородов повышает дымность
отработавших газов. Связано это с тем, что прочность связи
между атомами углерода уменьшается с увеличением длины
молекулы. Установлено также, что чем выше отношение С : Н в
топливе, тем больше концентрация сажи в отработавших газах.
Присутствие твердых частичек сажи (дыма) в отработавших
газах ведет к загрязнению воздуха, уменьшению его
прозрачности, появлению неприятного запаха и сопряжено с
опасностью повышения концентрации канцерогенных веществ в
воздухе.
Альдегиды и другие продукты окисления. В период пред-
пламенных реакций в двигателях образуются промежуточные
продукты окисления и неполного сгорания. Появление в
выпускных газах таких продуктов возможно в результате охлаждения
части смеси в предпламенный период при соприкосновении с
холодной стенкой или резкого обеднения смеси в конце
процесса сгорания, а также других нарушений процесса
смесеобразования. Токсичность продуктов окисления и неполного сгорания,
присутствующих в отработавших газах, различна. Токсичность,
например, формальдегида НСНО в 70 раз выше, чем
токсичность оксида углерода.

Оксиды серы. Все соединения серы, содержащиеся в топли-
вах, сгорают до SO2 и SO3. Последние вредны для
окружающей среды в газообразном виде и, кроме того, растворяясь в
капельках воды, они дают сильные кислоты (сернистую и
серную), которые вызывают ускоренный коррозионный износ
двигателей.
Топлива из сернистых нефтей обязательно очищают от серы
на нефтеперерабатывающих заводах, и это — радикальное
решение проблемы очистки от оксидов серы отработавших газов.
Оксиды свинца. При сгорании этилированных бензинов
(содержащих алкилсвинцовые антидетонаторы) в отработавших
газах появляется довольно много оксидов свинца. Они вредны
для здоровья человека и способны загрязнять почву и
растительность на обочинах дорог. В нашей стране уже более 20 лет
запрещено применение этилированных бензинов в 10 наиболее
крупных городах и двух климатических зонах — побережье
Крыма и Кавказа.
Снижение содержания алкилсвинцовых антидетонаторов в
бензинах и полное запрещение применения этилированных
бензинов обусловлено не только токсичностью оксидов свинца.
Установлено, что некоторые из токсичных компонентов,
выбрасываемых двигателями в атмосферу, могут под действием
солнечных лучей вступать в фотохимическое взаимодействие с
образованием ядовитого тумана, получившего название «смог».
Такой смог может «висеть» над городом несколько суток,
загрязняя воздух и нарушая нормальную жизнедеятельность.
Наиболее эффективным средством борьбы со многими
токсичными составляющими отработавших газов автомобилей
является установка дожигателей. В них с помощью катализатора
удается дожигать оксид углерода до диоксида. Пока самые
эффективные катализаторы таких дожигателей содержат платину,
которая способна «отравляться», т. е. терять активность при
попадании оксидов свинца. Все эти обстоятельства заставляют
отказываться от применения бензинов с алкилсвинцовыми
антидетонаторами.
Таблица 9. Содержание токсичных компонентов в отработавших газах
карбюраторных и дизельных двигателей
Компонент
Оксид углерода
Оксиды азота (в пересчете
Углеводороды (в пересчете
Альдегиды (в пересчете
леин)
Сажа
на
на
на
N2O5)
С)
акро-
Содержанне
карбюраторные
двигатели
До 6,0
0,5
0,05
0,03
0,05
компонента, % (об.)
дизельные
двигатели
Менее 0,2
0,25
Менее 0,01
0,С02
0,25
86

В табл. 9 приведено содержание основных токсичных
компонентов в выпускных газах автомобилей с карбюраторными и
дизельными двигателями. Выпускные газы карбюраторных
двигателей более токсичны, поскольку в них содержится больше
оксидов углерода и азота, углеводородов. В выпускных газах
дизельных двигателей присутствует довольно много сажи,
которая удерживает на своей поверхности частицы токсичных
веществ, в том числе и канцерогенных. Частички сажи могут
долгое время находиться в воздухе во взвешенном состоянии,
увеличивая тем самым опасность отравления.
Борьба с дымностью и токсичностью отработавших газов
двигателей внутреннего сгорания — это важная
народнохозяйственная проблема, которая решается как за счет повышения
качества топлив и масел, так и за счет совершенствования
конструкции двигателей.
Пожароопасность нефтепродуктов. Топлива всех видов и
большинство смазочных материалов представляют собой
легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, относящиеся к
категории огнеопасных. Огнеопасность и взрывоопасность
нефтепродуктов оценивают с помощью таких показателей, как
температуры вспышки и воспламенения, температурные границы, в
пределах которых образуется взрывоопасная концентрация
смеси паров нефтепродукта с воздухом, а также границы
концентрации паров нефтепродукта с воздухом, в пределах которых
образуется взрывоопасная смесь.
Обычно загорание нефтепродуктов начинается со вспышки
или взрыва смеои паров с воздухом. Если при этом количество
выделившегося тепла достаточно для прогрева верхних слоев
нефтепродукта и образования новых паров, то вспышка
перейдет в воспламенение, и горение будет продолжаться до полного
сгорания нефтепродукта. Минимальная температура, при
которой смесь паров нефтепродуктов с воздухом вспыхивает от
контакта с открытым источником огня, называется температурой
вспышки. Минимальная температура, при которой не только
вспыхивают пары, но и воспламеняются нефтепродукты,
называется температурой воспламенения. Температура
воспламенения обычно на 5—10 °С выше температуры вспышки.
Естественно, чем больше легких фракций в нефтепродукте и ниже
температура начала его кипения, тем ниже его температура вспышки
(табл. 10).
Все нефтепродукты по температуре вспышки паров делят
на два класса. К первому относят нефтепродукты с
температурой вспышки паров, не превышающей 61 °С в закрытом тигле,
или 66 °С в открытом тигле. Сюда включают основные виды
топлив для двигателей. Нефтепродукты этого класса называют
легковоспламеняющимися. Ко второму классу относят
нефтепродукты, температура вспышки которых выше 61 °С в
закрытом тигле, или выше 66 °С в открытом. Нефтепродукты этого
класса называют горючими.

Таблица 10. Температуры вспышки нефтепродуктов
Топливо

Температура вспышки
в закрытом
тигле, °С
Масла

Температура вспышки
в открытом
тигле, °С
Индустриальные 120—240
Для поршневых двигате- 190—235
лей
Для поршневых двига- 165—180
телей загущенные
Нефтяные для турбо- 135—150**
реактивных двигателей
Синтетические для тур- 190—250
бореактивных двигателей
Для поршневых авиаци- 200—250**
онных двигателей
Цилиндровые тяжелые 300—310
* В открытом тигле (эта температура обычно выше, чем в закрытом тигле).
** В закрытом тигле.
Бензин автомобильный
Бензин авиационный
Топливо ТС-1 и РТ
Топливо Т-1
Топливо Т-8
Топливо для
быстроходных дизелей
Топливо для тихоходных
дизелей
Мазут флотский
Мазут топочный
—50
—30
28
30
40
40—61
65—85
80—90
90—110
Пары нефтепродукта в смеси с воздухом могут не только
вспыхнуть, но и взорваться. Взрыв в отличие от вспышки
представляет собой практически мгновенное сгорание смеси,
сопровождающееся выделением большого количества нагретых газов
большой разрушительной силы. Смесь паров нефтепродукта с
воздухом взрывоопасна только в определенных пределах.
Существуют нижний и верхний пределы взрываемости смеси как
по концентрации содержащихся в смеси паров углеводородов,
так и по температуре смеси. Например, смесь паров бензина
с воздухом взрывоопасна, когда в ней содержится от 0,8 до
8,0% (об.) паров бензина. Для топлива ТС-1 концентрационные
пределы взрываемости лежат в пределах от 1,2 до 7,1% (об.),
для дизельных топлив — от 2,1 до 12,0% (об.). Температурные
пределы взрываемости для бензинов от —50 до —10 °С, для
топлива ТС-1 —от 28 до 57°С.
Эти зоны взрываемости носят условный характер. Смесь, в
которой концентрация паров нефтепродукта ниже предела
взрываемости при контакте с источником воспламенения
иногда может взорваться. Если произойдет вспышка, выделившееся
при этом тепло приведет к испарению дополнительного
количества нефтепродукта и концентрация паров в смеси может
оказаться взрывоопасной. Если концентрация паров в смеси очень
велика и превышает верхний предел взрываемости, в
результате вспышки части паров или притока свежего воздуха (в
зависимости от конкретных условий) возможно и снижение
концентрации паров в смеси вплоть до взрывоопасной. Следует
отметить, что концентрация паров нефтепродукта в смеси с
воздухом не остается постоянной. При горении в резервуарах и
цистернах таких нефтепродуктов, как бензин или керосин, обяза-

тельно произойдет взрыв (это надо иметь в виду при тушении
загоревшихся нефтепродуктов).
Если температура смеси паров нефтепродукта с воздухом
ниже нижнего «ли выше верхнего предела взрываемости, то
при контакте с открытым огнем либо электрической искрой
взрыва не произойдет. Однако такая смесь способна вспыхнуть,
и вспышка вызовет воспламенение и горение нефтепродукта.
В результате безусловно создадутся условия для образования
взрывоопасной концентрации.
Обязательным для вспышки или взрыва является наличие
источника теплового импульса. В качестве такового обычно
бывает открытый огонь, искра, разряды статического
электричества и др. Самый мощный источник воспламенения — открытый
огонь. Зажженная спичка или зажигалка, керосиновый фонарь
или лампа — это всегда потенциальный источник взрывов и
пожаров. Большую опасность представляют электро- и
газосварочные, а также паяльные работы, проводимые при ремонте
тары из-под нефтепродуктов.
Искра будет причиной вспышки или взрыва паров
нефтепродуктов в том случае, если она обладает достаточной энергией.
И подобным источником искр может быть выхлопная труба
двигателя или машины, удар стальных инструментов или
падение стальных предметов, электрическая машина или аппарат,
электропроводка.
При работе с нефтепродуктами считают опасным контакт
паров с любой искрой и любым источником открытого огня.
Разработан комплекс профилактических мероприятий,
соблюдение которых позволяет обеспечить безопасность работы с
нефтепродуктами. И следует всегда иметь в виду, что малейшие
отклонения от требований безопасности могут привести к
непоправимым последствиям.
Электризация нефтепродуктов. Одним из источников
теплового импульса, приводящего к вспышке или взрыву паров
нефтепродуктов, является разряд статического электричества.
Нефтепродукты — диэлектрики и обладают очень малой
электрической проводимостью. Во время перекачки нефтепродуктов,
при их интенсивном перемешивании или фильтровании в
результате трения образуются заряды статического
электричества. Трение жидкого топлива о твердую поверхность
трубопровода и фильтра, прохождение через слой топлива пузырьков
воздуха, паров, твердых частиц, капель воды или снежинок — все
это вызывает возникновение зарядов статического
электричества. Такой заряд вследствие малой электрической проводимости
нефтяных топлив может накапливаться. А при большом
скоплении зарядов статического электричества возможен их разряд
с образованием искры, достаточной для вспышки,
воспламенения или взрыва смеси паров топлива с воздухом.
При перекачке топлив в цистерны и резервуары в ряде
случаев отмечены вспышка и воспламенение в тот период, когда
89

заполнение емкостей заканчивалось. Оказалось, что к концу
заполнения тары в топливе заряд статического электричества
достигает нескольких тысяч вольт. В момент приближения
свободной поверхности топлива к стенкам заливной горловины
или к любой другой металлической детали может произойти
электрический разряд. Если в воздушном пространстве
содержится достаточное количество паров, то от искры происходит
взрыв. Опасным в пожарном отношении заряд считается в
300—500 вольт, так как возникающая при разряде искра
способна воспламенить смесь пароз нефтяных топлив с воздухом.
Минимальная энергия искры разряда статического
электричества, вызывающая взрыв паров нефтяных топлив, составляет 5—
6 МДж.
Степень электризации нефтяных топлив зависит от скорости
их движения по трубопроводам или рукавам, от материала
фильтров, содержания механических примесей и воды,
влажности и температуры воздуха и от многих других факторов. Чем
выше скорость перекачки топлива, тем больший заряд
статического электричества в нем накапливается. Несмотря на
небольшую электрическую проводимость нефтяных топлив,
образовавшийся заряд статического электричества вскоре после
окончания перекачки или заправки рассеивается, т. е. уходит в
заземленные стенки емкости. Таким образом, заземление
резервуаров, трубопроводов и всей металлической арматуры
перекачивающих и запровочных средств помогает быстрому отводу
зарядов статического электричества. Но нужно помнить, что даже
самое надежное заземление не исключает опасности
накопления статического электричества и возможности взрыва при
нарушении основных правил безопасной перекачки топлив. Здесь
особенно важно придерживаться установленной скорости
заправки или перекачки, не допускать заполнения падающей
струей, не выбирать произвольно материал для фильтрующих
элементов топливных фильтров, ограничить длительность
перекачки, производить измерения уровня топлив в резервуарах не
ранее, чем через 10—15 мин после окончания перекачки.
Соблюдение этих правил при надежном заземлении всех
металлических деталей позволяет предотвратить накопление
статического электричества и обеспечить необходимую безопасность.
От разряда статического электричества может взорваться
только такая смесь паров топлива с воздухом, которая при
обычных температурах находится в пределах взрываемости.
С этой точки зрения наиболее опасны керосиновые фракции
углеводородов, т. е. топлива для реактивных двигателей. В
воздушном пространстве резервуаров над бензинами при обычных
температурах содержится слишком много паров (выше верхнего
предела взрываемости), и поэтому взрыва может не произойти
даже при электрическом разряде. В резервуаре над дизельным
топливом — углеводородных паров слишком мало, и опасность
взрыва также невелика.
90

Для снижения электризации топлив для реактивных
двигателей, особенно в условиях повышения скорости заправки
тяжелых многоместных самолетов с большим запасом горючего,
разработаны специальные антистатические присадки к топли-
вам. Электрическая проводимость топлив для реактивных
двигателей лежит в пределах от 0,1 до 6,0 пСм. Если увеличить ее
до 35—50 пСм, образующиеся заряды статического
электричества очень быстро «стекают» на заземленные металлические
детали, и опасность разряда и взрыва практически исчезает.
Разработаны специальные вещества, добавление которых в
небольшой концентрации резко увеличивает электрическую
проводимость топлив. За рубежом применяют трехкомпонентную
антистатическую присадку ASA-3, которая состоит из смеси
хромовых солей моно- и диалкилсалициловых кислот и кальциевой
соли эфира янтарной кислоты со стабилизатором. Эта
присадка очень эффективна, ее вводят в малых концентрациях — от
0,00006 до 0,00012%, при этом электрическая проводимость
топлива становится более 50 пСм.
ГЛАВА 4
БЕНЗИНЫ
Бензины являются топливом для поршневых двигателей с
принудительным воспламенением рабочей смеси. Смесь топлива с
воздухом готовится при относительно низких температурах
либо в специальном устройстве — карбюраторе, либо во впускном
трубопроводе или камерах сгорания, куда бензин
впрыскивается с помощью форсунки. Непосредственный впрыск бензина
осуществляется в авиационных поршневых двигателях и в
некоторых моделях зарубежных автомобильных двигателей. Во
всех отечественных автомобильных двигателях с
принудительным зажиганием горючая смесь образуется в карбюраторах и
затем по впускному трубопроводу попадает в камеры сгорания.
Схема топливной системы (системы питания)
автомобильного карбюраторного двигателя, работающего на бензине,
показана на рис. 11. Бензин заливают в топливный бак 1,
оборудованный горловиной, пробкой с клапаном и указателем
уровня топлива. Из бака бензин засасывается насосом 5 диафраг-
менного типа и при небольшом давлении подается в
карбюратор 8. По пути из бака до карбюратора установлен ряд
топливных фильтров и фильтров-отстойников для очистки бензина от
механических примесей и воды.
Карбюратор — основной элемент топливной системы
двигателя. Он предназначен для дозирования топлива и воздуха,
распыливания и частичного испарения топлива, смешения
топлива и воздуха, а также изменения количества топливовоздуш-
91

ной смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Необходимость
в подобном изменении возникает при перемене скорости
движения, перемене профиля дороги, появлении дополнительной
нагрузки на двигатель и в ряде других случаев.
Схема устройства простейшего карбюратора представлена на
рис. 12. Воздух из атмосферы проходит через воздухоочиститель,
где задерживаются взвешенные частицы пыли, далее, минуя
воздушную дроссельную заслонку, поступает в диффузор 4.
Воздушная заслонка при работе двигателя всегда открыта, она
прикрывается только в период пуска двигателя. В диффузоре,
имеющем форму насадки «Вентури», скорость воздуха
возрастает, а давление снижается. Движение воздушного потока в
диффузоре карбюратора почти при всех режимах работы двигателя
имеет турбулентный характер, что способствует испарению
бензина и перемешиванию топливовоздушной смеси.
В карбюраторе бензин попадает прежде всего в
поплавковую камеру 1, где с помощью поплавка с запорной иглой на
всех режимах работы двигателя поддерживается постоянный
уровень топлива. Из поплавковой камеры по специальному
каналу бензин проходит через калиброванное отверстие
(жиклер) 2 и вытекает через распылитель 3 в диффузор 4.
Современные карбюраторы отличаются от описанного
выше элементарного карбюратора. Бензин подается в диффузор и
смесительную камеру с помощью нескольких каналов с
жиклерами, которые составляют главную дозирующую систему,
систему холостого хода, вспомогательное устройство для
получения максимальной мощности двигателя (экономайзер) и т. д.
Все эти системы и устройства предназначены для создания
топливовоздушной смеси необходимого состава в соответствии с
, 11
Рис. 11. Схема системы питания автомобильного карбюраторного двигателя:
1 — топливный бак; 2 — глушитель; 3 — фильтр-отстойник; 4 — отстойник; 5 — бензонасос;
6 — выпускной коллектор; 7 — впускной трубопровод; 8 — карбюратор; У — воздушный
фильтр.
92

Рис. 12. Схема устройства простейшего карбюратора:
1 — поплавковая камера; 2 — жиклер; 3 — распылитель; 4 — диффузор; 5 — смесительная
камера; 6 — дроссельная заслонка, 7 — впускной трубопровод; 8 — впускной клапан; 9 —
цилиндр; 10 — поршень; 11 — запорная игла; 12 — поплавок; 13 — отверстие.
режимом работы двигателя (пуск, холостой ход, средние и
большие нагрузки, максимальная мощность и Др.)-
Оптимальный состав топливовоздушной смеси необходим для обеспечения
стабильной работы и высокой экономичности двигателя.
Таким образом, бензин в карбюраторе распыливается,
частично испаряется, смешивается с воздухом и образовавшаяся
смесь по впускному трубопроводу направляется в цилиндры
двигателя.
4.1. ИСПАРЯЕМОСТЬ
Испарение бензина начинается с момента выхода его из
каналов карбюратора в поток воздуха в диффузоре. Под
действием кинетической энергии движущегося воздуха вытекающая
струя бензина дробится на отдельные капли. Мелкие капли
успевают испариться в смесительной камере карбюратора.
Более крупные капли увлекаются потоком воздуха и испаряются
при движении смеси по впускному тракту и в цилиндрах
двигателя. Наиболее крупные капли топлива оседают на стенках
смесительной камеры и впускного трубопровода, образуя
жидкую топливную пленку. Паровоздушный поток увлекает пленку
по стенкам впускного трубопровода в направлении камер
сгорания. Во впускном трубопроводе продолжается испарение бен-

зина с поверхности капель и жидкой пленки. Испарению
пленки способствует подогрев впускного трубопровода, который
обычно осуществляют отработавшими газами или охлаждающей
жидкостью.
Наличие жидкой пленки вносит ряд осложнений в процессе
приготовления однородной смеси, и одно из них —
неравномерность распределения смеси по цилиндрам двигателя.
Пульсирующий характер перемещения паровоздушной смеси и жидкой
пленки, обусловленный цикличностью открытия впускного
клапана двигателя, а также разная протяженность впускных
каналов отдельных цилиндров двигателя являются причиной
неравномерного распределения смеси по цилиндрам двигателя. В
одни цилиндры попадает больше топлива и меньше воздуха, в
другие, напротив, больше воздуха и меньше топлива. Эту
неравномерность распределения называют количественной
неравномерностью, и если она слишком велика, снижается экономичность
двигателя, повышается токсичность выпускных газов и т. д.
Другая причина нарушений в работе двигателя, связанная
с наличием жидкой пленки на стенках впускного
трубопровода,— качественная неравномерность распределения топлива по
цилиндрам двигателя. Подобная неравномерность вызвана в
первую очередь тем, что бензины являются смесью различных
углеводородов. В процессе смесеобразования вначале из
бензина испаряются более низкокипящие углеводороды. При этом
капли и пленка обогащаются высококипящими углеводородами,
а паровоздушная смесь — низкокипящими. Происходит так
называемое низкотемпературное фракционирование бензина.
В паровоздушной смеси накапливаются углеводороды с низкой
температурой кипения, а в жидкой пленке — с высокой. В
связи с этим в цилиндрах, куда больше поступает паровоздушной
смеси, образуется избыток низкокипящих фракций бензина,
а в цилиндрах, куда попадает больше жидкой пленки,
преобладают высококипящие фракции бензина. Аналогично
распределяются в паровой и жидких фазах присадки, вводимые в
бензины для улучшения их качества.
В двигателях с принудительным воспламенением применяют
также системы с впрыском топлива во впускной трубопровод,
либо непосредственно в камеры сгорания. Такой способ
подготовки топливовоздушной смеси имеет некоторые преимущества:
отсутствие карбюратора снижает сопротивление впускной
системы; впрыск бензина одинаковыми порциями в каждый цилиндр
повышает количественную и качественную равномерность
распределения топлива по цилиндрам двигателя и снижает
токсичность продуктов сгорания. Однако конструкции систем впрыска
бензина более сложны, чем карбюраторные, поэтому в
отечественном автомобильном двигателестроении их пока не
применяют.
Таким образом, в двигателях с принудительным
воспламенением образование топливовоздушной смеси происходит при от-
94

носительыо низких температурах, поэтому использование зтих
двигателей выдвигает наиболее жесткие требования к
испаряемости топлив. В свою очередь, испаряемость применяемых
топлив обусловливает многие важнейшие эксплуатационные
свойства двигателей с принудительным воспламенением.
К физическим свойствам, определяющим скорость и полноту
испарения бензина, относят следующие: фракционный состав,
давление насыщенных паров, теплоту испарения, коэффициент
диффузии паров, вязкость, поверхностное натяжение,
теплоемкость и плотность. В наибольшей степени испаряемость
бензинов зависит от фракционного состава и давления насыщенных
паров. По этим показателям бензины могут быть различны
между собой, в то время как другие показатели, влияющие на
испаряемость, для всех бензинов очень близки.
Фракционный состав, т. е. содержание в бензине фракций,
выкипающих в определенных температурных пределах
(выражаемое в % об.), определяют перегонкой в стандартизованных
условиях на специальном приборе. Регистрируют температуры,
при которых начинается и заканчивается перегонка бензина,
и отгоняется его определенный объем.
Давление насыщенных паров характеризует наличие легких
фракций в бензине. Оно является функцией состава бензина и
зависит от температуры и соотношения паровой и жидкой фаз.
С фракционным составом и давлением насыщенных паров
бензинов связаны такие эксплуатационные характеристики
двигателя, как возможность его пуска при низких температурах и
склонность к образованию паровых пробок в системе питания,
приемистость автомобиля и скорость прогрева двигателя,
износ цилиндро-поршневой группы и расход горючего.
4.1.1. Пусковые свойства и склонность к образованию
паровых пробок
При пуске двигателя бензин во впускной системе должен
испаряться настолько, чтобы образовать смесь с воздухом,
способную воспламеняться от искры. Пусковые свойства бензина тем
лучше, чем больше в нем низкокипящих фракций. Установлена
следующая эмпирическая зависимость минимальной
температуры воздуха \tB, при которой возможен пуск двигателя, от
температуры перегонки 10% (об.) бензина /ю% и температуры
начала его перегонки /н-к:
h = 0,5/10% - 50,5 + (*НшК — 50)/3
Зависимость температуры воздуха, при которой возможен
пуск двигателя от давления насыщенных паров бензина, носит
более сложный характер (рис. 13). При давлении насыщенных
паров ниже 33,3 кПа пусковые свойства бензинов резко
ухудшаются.
93

г
1 -20
\ Пуск дозмо/
пуск небозможен
1 1
1
20
зз
4/
60
Рис. 13. Зависимость температуры
воздуха, при которой возможен пуск
двигателя, от давления насыщенных
паров бензина.
Таким образом, пусковые
свойства бензинов
улучшаются по мере облегчения фрак-
ционного состава бензинов.
73 Но применение очень легких
Дадление насыщенных пород, кПа бензинов вызывает другие
эксплуатационные
затруднения, как, например, образование паровых пробок в системе
питания двигателей. Появление паровых пробок и вызванные ими
нарушения в работе двигателя объясняются следующим. При
нагревании бензина в топливной системе низкокипящие
углеводороды испаряются, образуя пары; их объем в 150—200 раз
превышает объем жидкого бензина. В результате через систему
питания идет смесь жидкости и паров бензина с небольшим
объемом воздуха, который ранее находился в бензине и
выделился из него при нагревании. Массовая производительность
бензонасоса снижается. При работе автомобильного двигателя
в летнее время года бензин может нагреться до такой
температуры, при которой образуется очень много паров и горючая
смесь в результате резкого обеднения не может
воспламениться от искры зажигания. Двигатель при этом «глохнет».
Внешние проявления остановки двигателя такие же, как при
засорении топливопроводов, в связи с чем это явление и получило
название «паровой пробки».
Установлены следующие зависимости предельных
температур нагрева бензина in, при которых двигатель останавливается
вследствие образования паровых пробок, от температур начала
кипения |*н.к и перегонки 10% i/10o/o и от давления насыщенных
паров бензина рн:
• 'п=1,85*н.к — 4 /п==^10% + ю tn= 123 — 0,75рн
где ри — давление насыщенных паров, кПа,
Следует отметить, что температура бензина в системе
питания двигателя может быть на 20—40 °С выше температуры
окружающего воздуха, поскольку бензин нагревается в
подкапотном пространстве автомобиля за счет теплоизлучения от
двигателя.
Образование паровых пробок в системе питания двигателей
в значительной степени зависит от атмосферного давления. При
резком подъеме на высоту атмосферное давление падает, а
температура бензина снижается медленно. При эксплуатации
самолетов с поршневыми двигателями, а также автомобилей в
высокогорных районах создаются благоприятные условия для
образования паровых пробок. Поэтому содержание низкокипя-
96

щих фракций в авиационных бензинах должно быть меньше,
чем в автомобильных. Допустимая высота полета самолета с
поршневым двигателем зависит от давления насыщенных паров
применяемого бензина (рис. 14).
Применение бензинов с высоким содержанием низкокипя-
щих фракций, кроме образования паровых пробок, может
сопровождаться обледенением карбюратора и увеличением потерь
бензина при хранении и транспортировании. Обледенение
карбюратора происходит из-за резкого снижения температуры во
впускной системе за счет испарения низкокипящих фракций
бензина. Тепло, необходимое для испарения бензина (теплота
испарения), отводится от воздуха, в котором происходит
испарение, и от металлических деталей карбюратора и всей
впускной системы. Чем больше в бензине низкокипящих фракций,
тем ниже температура топливовоздушной смеси. При
определенных условиях влага, присутствующая в воздухе, вымерзает
и конденсируется на холодных деталях, образуя корочки льда.
При повышенной влажности воздуха дроссельная заслонка
может примерзнуть к стенкам впускного трубопровода.
Отмечено, например, что при температуре окружающего воздуха 7,5 °С
температура дроссельной заслонки через 2 мин после пуска
двигателя снижается до —14 °С.
Снижение температуры во впускной системе двигателя,
а следовательно, и обледенение карбюратора зависит от
испаряемости топлива (рис. 15). Чем выше испаряемость топлива,
тем больше опасность обледенения карбюратора. Это
учитывают при разработке топлива с оптимальным фракционным
составом и давлением насыщенных паров. Среди перспективных
-40 -20 0 20 4
Температура,°С
60
0 2 4 6 8 JO
Вовмя после пуска, мин
Рис. 14. Зависимость допустимой высоты полета самолета от температуры
бензина и давления насыщенных паров.
Рис. 15. Зависимость температуры дросселя от времени после пуска при
различной испаряемости бензинов:
1 — бензин низкой испаряемости; 2 — бензин средней испаряемости; 3 — бензин высокой
испаряемости.
7—1354
97

Таблица 11. Требования к качеству бензинов по содержанию
низ ко кипящих фракций
Бензин
Автомобильный бензин
летнего вида
зимнего вида
Авиационный бензин
Б-100/130
Б-95/130, Б-91/115
Темпераiура, СС
'и. п-
не ниже
не выше
35 70
Не норми- 55
руется
40 75
40 82
Давление насыщенных
паров, кПа
не менее
—
66,7
32,0
29,3
не более
66,7
93,3
48,0
48,0
альтернативных топлив самую высокую теплоту
парообразования имеют спирты. Их применение понижает температуру во
впускном трубопроводе примерно в 3 раза сильнее, чем при
испарении углеводородных топлив.
Бензины с высоким содержанием низкокипящих фракций
более склонны к потерям от испарения и загрязнению
атмосферного воздуха парами углеводородов.
Таким образом, требования к содержанию низкокипящих
фракций в бензине противоречивы. С позиции пусковых свойств
бензинов — чем их больше, тем лучше, а с точки зрения
образования паровых пробок, обледенения карбюратора и потерь
от испарения — предпочтительно меньшее содержание таких
фракций. Оптимальное содержание в бензинах низкокнпящих
фракций зависит от климатических условий эксплуатации
автомобилей. Для территории нашей страны стандартом
предусмотрена выработка автомобильных бензинов зимнего и летнего
видов. Бензины с оптимальной испаряемостью позволяют надежно
эксплуатировать автомобили в любое время года и во всех
климатических зонах нашей страны. В авиационных бензинах
содержание низкокипящих углеводородов строго
ограничивается, так как образование паровых пробок на всех высотах полета
недопустимо. Давление насыщенных паров для всех марок
авиационных бензинов — не более 48 кПа и температура
начала кипения — не ниже 40 °С. С целью обеспечения пусковых
свойств давление насыщенных паров авиационных бензинов
должно быть не ниже 29,3—32,0 кПа (табл. 11).
4.1.2. Прогрев, приемистость, износ и экономичность
работы двигателя
Температуру перегонки 50% (об.) бензина лимитируют,
исходя из требований к приемистости двигателя и времени его
прогрева. Под приемистостью двигателя имеют в виду способность
98

Таблица 12. Фракционный состав автомобильных и авиационных бензинов
Фракционный
состав, °С, не выше
50% (об.)
90% (об.)
к. к.
Автомобильный бензин
летнего вида
115
180
195*
* Для бензина АИ-93 с государственным
соответственно.
** Температура перегонки 97,5% (об.).
зимнего вида
100
160
185*
Знаком качества
Авиационный
бензин
105
145
180**
— не выше 205 и 195 °С
его обеспечить быстрый разгон автомобиля до нулшой скорости
после резкого открытия дросселя.
Прогрев двигателя охватывает время с момента его пуска до
достижения плавной стабильной работы. Чем быстрее
двигатель прогревается, тем меньше непроизводительные затраты
времени, расход бензина и износ деталей двигателя. Время
прогрева двигателя определяется температурой перегонки
50% (об.) бензина и зависит от температуры воздуха, при
которой двигатель прогревается. С понижением температуры
воздуха необходимы бензины с более низкой температурой
перегонки 50% (об.). В результате проведенных исследований
установлены соответствующие требования к фракционному составу
бензинов (табл. 12).
Выполнение этих требований к температуре выкипания 50%
(об.) бензина обеспечивает не только быстрый прогрев
двигателя, но и его хорошую приемистость.
Экономичность работы двигателя и износ его деталей
связывают с температурой перегонки 90% (об.) бензина и
температурой конца его кипения. При высоких значениях этих
температур тяжелые фракции бензина не испаряются во впускном
трубопроводе двигателя, а поступают в цилиндры в жидком
состоянии. Эта жидкая часть бензина испаряется в камере сгора-
160
140-
I
I

но-
1 1 1
/
1
300-
100 —
150 170 130 210 230 250
200 -
100 -
о
-
1 1 1
J
1
150 170 130 210 230 250 270
Температура конца кипения бензине, :
Рис. 16. Зависимость расхода бензина при эксплуатации автомобиля и
общего износа двигателя от температуры конца кипения.
99

ния не полностью и через замки поршневых колец и зазоры
протекает в картер двигателя. При этом какая-то часть
бензина не сгорает, а экономичность двигателя ухудшается (рис. 16).
Кроме того, тяжелые фракции бензина смывают со стенок
цилиндра масло, вызывая полусухое трение, и как следствие,
повышенные износы трущихся деталей двигателя. Повышение
температуры конца кипения бензина сопровождается
усилением неравномерности распределения горючей смеси по
цилиндрам двигателя, увеличением склонности к нагарообразованию
и т. д. Снижение температуры отгона 90% (об.) и конца
кипения улучшает эксплуатационные свойства бензинов, но при
этом значительно сокращаются их ресурсы.
Оптимальные температуры перегонки 90% (об.) и конца
кипения бензинов приведены в табл. 12.
4.2. ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ГОРЮЧЕСТЬ
В двигателях с принудительным воспламенением для
воспламенения горючей смеси в конце такта сжатия появляется
электрическая искра. Для создания искры достаточной мощности в
каждом цилиндре существует система зажигания. В
зависимости от вида источника тока различают системы зажигания
батарейные и системы зажигания от магнето. Батарейная
система зажигания используется в автомобильных двигателях, а
система зажигания от магнето — в авиационных. Электрическая
искра возникает между электродами свечи в результате подачи
импульса тока высокого напряжения (20—25 кВ). Высокой
надежностью и стабильностью в работе отличаются
современные электронные системы зажигания, которые все шире
используются в двигателестроении.
4.2.1. Нормальное и детонационное сгорание
Нормальное сгорание. В двигателях с принудительным
зажиганием смесь паров топлива и воздуха с остаточными газами
воспламеняется от электрической искры и сгорает в процессе
распространения фронта пламени по всей камере сгорания. В этом
процессе могут быть выделены три фазы сгорания (рис. 17):
Эь 0н и Эпь
Индикаторная диаграмма представляет собой зависимость
давления в цилиндре двигателя от угла поворота
коленчатого вала. Кривую 1 называют линией сжатия; она характеризует
изменение давления при прокручивании коленчатого вала без
подачи топлива. Кривая 2, или линия сгорания, характеризует
изменение давления в процессе сгорания. Первая фаза 0i
начинается с момента подачи искры и заканчивается в «точке
отрыва» кривой / от кривой 2, т. е. в момент начала заметного
повышения давления в результате сгорания. В фазе 0i
небольшой очаг горения, возникающий в зоне высоких температур
1С0

40 д.м.т. ЦО в О'
Угоп поборота коленчатого бапс
Рис. 17. Индикаторная диаграмма
карбюраторного двигателя (пояснения в
тексте).
(более 10 000°С), между элект- | ?
родами свечи постепенно
превращается в развитый фронт тур- Щ
булентного пламени.
Вторая — основная фаза
6ц быстрого распространения
пламени протекает при
практически неизменном объеме, так
как поршень в течение всей фазы находится вблизи верхней
мертвой точки (в.м.т.). За границу раздела между основной и
завершающей фазами сгорания условно принимают момент
достижения максимума давления. Сгорание при этом еще не
заканчивается, и температура газов в цилиндре продолжает
некоторое время расти, однако расширение газов, вызываемое
движением поршня, и снижение скорости тепловыделения
ведет к падению давления в цилиндре.
Заключительная третья фаза дш процесса сгорания
представляет собой догорание смеси в пристеночных слоях. Эта
фаза заканчивается в ходе расширения продуктов сгорания.
Эффективность рабочего процесса в цилиндре двигателя во многом
зависит от своевременности тепловыделения. Для достижения
максимальной мощности и экономичности двигателя точки
начала и конца фазы 9ц должны быть расположены примерно
симметрично относительно в.м.т. Положение всех зон
сгорания относительно в. м. т. регулируют, изменяя установку
момента зажигания смеси. Угол в градусах поворота коленчатого ва-
.ла от момента проскакивания искры в свече до в.м.т.
называют углом опережения зажигания. Оптимальный угол
опережения зажигания зависит от свойств топлива, конструктивных
особенностей двигателя и режима его работы. Так,. в
современных двигателях со степенью сжатия 8—9 на режиме
максимальной мощности угол опережения зажигания составляет
12—15°, а продолжительность фазы 8ц 25—30°.
Детонационное сгорание. На некоторых режимах работы
двигателя при использовании бензина, качество которого не
соответствует всем требованиям стандарта, может возникнуть
так называемое детонационное сгорание рабочей смеси или
просто детонация.
Детонацией в двигателе называют процесс очень быстрого
завершения сгорания в результате самовоспламенения части
рабочей смеси и образования ударных волн,
распространяющихся со сверхзвуковой скоростью. Внешние проявления
детонации— это звонкие металлические стуки, образующиеся в
результате многократного отражения ударных волн от стенок ка-
101

мер сгорания. При длительной работе с детонацией двигатель
перегревается, увеличивается износ цилиндро-поршневой
группы, а отдельные детали камер сгорания разрушаются,
например обгорают кромки поршней, прокладки между блоком
цилиндров и головкой блока, электроды и изоляторы свечей.
Механизм детонационного сгорания топлив в двигателе до
конца не изучен. Возникновение детонации связывают с
неодинаковыми температурами в разных точках рабочей смеси. В
камере сгорания двигателя энергичное окисление углеводородов
и накопление активных нестабильных промежуточных
продуктов начинается в конце такта сжатия в связи с резким
повышением температуры. Эти процессы приобретают особенно
большую скорость после воспламенения смеси и образования
фронта пламени. По мере сгорания рабочей смеси температура
и давление в камере сгорания быстро возрастают. Последние
порции несгоревшего топлива, находящиеся в местах камеры
сгорания, наиболее удаленных от свечи зажигания,
подвергаются воздействию высоких температур самое длительное
время. Расчеты показывают, что последние порции несгоревшей
смеси нагреваются до температур, превышающих температуру
самовоспламенения практически всех углеводородов. При этом
отсутствие самовоспламенения и детонации может быть
обусловлено только тем, что период задержки самовоспламенения
данной смеси превышает время сгорания последних порций смеси
во фронте пламени. В противном случае в несгоревшей порции
рабочей смеси могут возникнуть очаги самовоспламенения с
образованием ударных волн.
Дополнительное сжатие и нагревание газа во фронте
образовавшейся ударной волны стимулирует возникновение
самовоспламенения смеси в других очагах. При этом ударная
волна движется в рабочей смеси, в которой предпламенные
реакции близки к своему завершению. Следом за ударной волной
возникает самовоспламенение несгоревшей части смеси. Такое
распространение самовоспламенения совместно с фронтом
ударной волны и составляет сущность явления детонации в
двигателе.
Скорость детонационного сгорания в десятки раз выше
скорости обычного сгорания и может достигать сверхзвуковых
величин. Многократное отражение ударных волн от стенок
камер сгорания складывается в звенящий металлический стук,
явно слышимый при детонации. Повышенный износ двигателя
при детонации приводит к разрушению ударными волнами
масляных пленок на трущихся поверхностях, в результате чего
возникает сухое трение.
Детонация в двигателе обусловлена многими причинами, но
среди них важнейшее значение имеют конструктивные
особенности двигателя и качество применяемого топлива. Все
конструктивные факторы, способствующие появлению в камерах
сгорания зон с высокой температурой рабочей смеси, ведут к
102

формированию очагов самовоспламенения и возникновению
детонационного сгорания. К таким факторам относятся:
повышение степени сжатия, вызывающее увеличение давления и
температуры последней порции рабочей смеси; плохие
условия охлаждения последних порций рабочей смеси; увеличение
пути, проходимого фронтом пламени от свечи до наиболее
удаленных точек камеры сгорания и др.
Возникновение детонации в двигателе зависит от
химического состава применяемого топлива. Если используют бензин,
в составе которого преобладают углеводороды, не дающие при
высоких температурах значительных количеств активных
промежуточных соединений и имеющие большой период задержки
самовоспламенения, то в последних порциях смеси не
происходит самовоспламенения и сгорание заканчивается нормально
без детонации. Если в последних порциях смеси накапливается
много активных соединений, возможно самовоспламенение с
возникновением детонации.
4.2.2. Детонационная стойкость и октановое число
Детонационная стойкость. Возможность детонации в двигателе,
как отмечено выше, в значительной степени определяется
химическим составом применяемого топлива. Для бензинов
нефтяного происхождения — в первую очередь от их
углеводородного состава. В условиях камеры сгорания в период подготовки
рабочей смеси к сгоранию углеводороды, находясь в паровой
фазе, подвергаются сложным химическим изменениям. Главную
роль в этих изменениях, по-видимому, играют окислительные
реакции многостадийного характера с цепным механизмом.
Важное значение в кинетике таких превращений принадлежит
активным промежуточным продуктам, получающимся в ходе
реакций. Следует отметить, что температурные условия в
камерах сгорания двигателей таковы, что протекают и чисто
термические превращения углеводородов с образованием
свободных радикалов, разного рода осколков молекул, свободного
углерода и других продуктов.
Стойкость углеводородов к химическим изменениям в
паровой фазе в условиях камеры сгорания двигателя называют
детонационной стойкостью.
Углеводороды, входящие в состав бензинов, различаются
детонационной стойкостью. Наименьшей детонационной
стойкостью обладают я-алканы. С увеличением числа углеродных
атомов в цепи я-алканов их детонационная стойкость
ухудшается. Переход от нормальной к изомерной структуре всегда
сопровождается улучшением антидетонационных свойств алка-
нов. Но и для изомерных алканов с увеличением числа
углеродных атомов в прямой цепи молекулы детонационная
стойкость углеводорода уменьшается. Увеличение степени разветв-
103

ленности молекулы, компактное и симметричное расположение
метильных групп и приближение их к центру молекулы
способствуют повышению детонационной стойкости изоалканов.
Олефины имеют более высокие антидетонационные
свойства, чем я-алканы с тем же числом атомов углерода. Влияние
строения олефинов на их детонационную стойкость подчиняется
примерно тем же закономерностям, что и у алканов:
детонационная стойкость олефинов возрастает с уменьшением длины
цепи, увеличением степени разветвленности и повышением
компактности молекул. Лучшие детонационные свойства имеют те
олефины, у которых двойная связь располагается ближе к
центру углеродной цепочки. Среди диеновых более высокую
детонационную стойкость имеют углеводороды с сопряженным
расположением двойных связей.
Детонационная стойкость нафтеновых углеводородов выше,
чем у я-алканов, но ниже, чем у ароматических углеводородов
с тем же числом атомов углерода в молекуле. С уменьшением
длины боковой цепи, увеличением степени ее разветвленности
и компактности антидетонационные свойства нафтеновых
углеводородов улучшаются. Правда, влияние этих факторов в
нафтеновых углеводородах менее заметно по сравнению с алкана-
ми и олефинами.
Ароматические углеводороды обладают высокой
детонационной стойкостью, и в отличие от других углеводородов их
детонационная стойкость с увеличением числа углеродных
атомов в молекуле не снижается. Уменьшение длины боковой
цепи и повышение ее разветвленности улучшает детонационную
стойкость ароматических углеводородов. К такому же эффекту
приводит появление в боковых цепях двойных связей и
симметричное расположение алкильных групп.
Октановое число. Мерой детонационной стойкости бензинов
является их октановое число. Октановое число численно равно
содержанию изооктана (выраженному в %) в эталонной смеси
с гептаном, которая по детонационной стойкости в условиях
стандартного одноцилиндрового двигателя эквивалентна
испытуемому бензину.
Оценивают детонационную стойкость бензинов с помощью
установки УИТ-65. Ее основной элемент — стандартный
одноцилиндровый карбюраторный двигатель с переменной степенью
сжатия. Определение сводится к подбору смеси эталонных
углеводородов, которая при данной степени сжатия
стандартного двигателя сгорает с такой же интенсивностью детонации, как
и испытуемый бензин. В качестве эталонных углеводородов
приняты: изооктан (2,2,4-триметилпентан) и я-гептан. Изоок-
тан мало изменяется в паровой фазе, и его детонационная
стойкость условно принята за 100 единиц. Гептан, наоборот,
в условиях камер сгорания подвергается существенным
изменениям и его детонационная стойкость принята равной нулю.
Октановые числа бензинов выше 100 единиц определяют срав-
104

нением бензина с изооктаном, в который добавлена
антидетонационная присадка — тетраэтилсвинец.
Определение октановых чисел на установке УИТ-65 ведут
при двух режимах: в жестком режиме с частотой вращения
коленчатого вала двигателя 900 об/мин (метод принято
называть моторным) и в мягком режиме с частотой вращения
коленчатого вала двигателя 600 об/мин (исследовательский
метод). Октановое число бензина, найденное по
исследовательскому методу, обычно несколько выше октанового числа,
определенного моторным методом. Разницу в октановых числах
бензина, найденных этими двумя методами, называют
«чувствительностью». Чувствительность зависит от химического состава
бензина: наибольшая у алкенов, несколько меньше у
ароматических углеводородов, затем идут нафтеновые и самая низкая
чувствительность у алканов.
Оценка детонационной стойкости бензинов в лабораторных
условиях на одноцилиндровом двигателр имеет относительный
характер и не всегда совпадает с фактической детонационной
стойкостью бензинов в полноразмерных двигателях в условиях
эксплуатации. Считают, что исследовательский метод в какой-
то мере характеризует антидетонационные свойства бензинов
при работе двигателя в условиях городской езды при
сравнительно низкой тепловой напряженности. При повышении
теплового режима двигателя (длительная загородная езда, езда по
плохим дорогам, перевозка тяжелых грузов, преодоление
перевалов и т. д.) фактическая детонационная стойкость бензина
больше соответствует октановым числам, определенным по
моторному методу.
Для более точной оценки детонационной стойкости бензинов,
главным образом для исследовательских целей, разработаны
методы определения октанового числа на полноразмерных
двигателях в стендовых условиях — фактическое октановое число и
в дорожных условиях непосредственно на автомобиле —
дорожное октановое число.
Внимание многих исследователей привлекает проблема
создания безмоторных методов оценки детонационной стойкости
бензинов. Действительно, если детонационная стойкость
бензинов зависит от окисляемости углеводородов в паровой фазе
в условиях предпламенных реакций, очевидно, изучая это
свойство непосредственно в модельных условиях, можно определять
октановые числа, не прибегая к помощи двигателя.
Интерес к таким методам в последние годы возрос еще и в
связи с тем, что подобные компактные лабораторные установки
легко можно разместить на потоке и оценивать детонационную
стойкость бензина непосредственно в процессе производства с
дальнейшей автоматизацией заводских процессов
компаундирования, введения антидетонационных присадок и т. д.
Оценку детонационной стойкости авиационных бензинов
проводят на бедной и богатой смесях в условиях наддува. Де-
105

тонационную стойкость авиационных бензинов обозначают
дробью: числитель — октановое число на бедной смеси, а
знаменатель— сортность на богатой смеси в условиях наддува.
Сортностью бензина называют возможное увеличение
мощности (выраженное в процентах) при переводе стандартного
одноцилиндрового двигателя с технического изооктана на данный
бензин за счет увеличения наддува при той же степени
сжатия в условиях отсутствия детонации.
4.2.3. Требования к детонационной стойкости бензинов
Наибольшее влияние на детонационную стойкость
применяемых бензинов оказывают степень сжатия и диаметр цилиндра.
С повышением степени сжатия резко возрастает температура,
при которой протекают предпламенные реакции, а с
увеличением диаметра цилиндра длительность пребывания последних
порций топлива в камере сгорания становится больше. Найдена
эмпирическая зависимость между октановым числом топлива
04, необходимым для бездетонационной работы двигателя,
степенью сжатия е и диаметром цилиндра D:
04 = 125,4 — 413/8 + 0,183- D
С повышением степени сжатия двигателей автомобилей
улучшаются их технико-экономические и эксплуатационные
показатели. Например, с увеличением степени сжатия двигателя
растет мощность, которую можно получить с единицы объема
камер сгорания, и снижается расход топлива (рис. 18).
Развитие автомобильного двигателестроения всегда шло по
пути увеличения степени сжатия. Эта тенденция до последнего
времени была главенствующей в совершенствовании
конструкции автомобильных карбюраторных двигателей.
Следует отметить, что обеспечение полного соответствия
между требованиями двигателей и детонационной стойкостью
топлива особенно важно при использовании высокооктановых
бензинов, поскольку стоимость каждой октановой единицы
резко возрастает с повышением общего уровня детонационной
стойкости бензинов. За рубежом в 50-е годы были проведены
исследования, которые показали, что экономический эффект от
повышения степени сжатия
двигателей будут
превалировать над затратами в
нефтепереработке,
связанными с производством
высокооктановых бензинов,
при степенях сжатия
двигателя 9,5—10,5 и октано-
27
4 6
Степень
Рис. 18. Зависимость расхода
топлива и мощности двигателя от
степени сжатия
106

вых числах применяемых бензинов около 100. Но эти
оптимальные значения были найдены для существовавшей в то
время цены на нефть и технологии получения бензинов с
добавлением свинцовых антидетонаторов. В последние годы цена
нефти изменилась и наметилась тенденция последовательного
сокращения содержания токсичного антидетонатора в бензинах
до полного отказа от его применения в целях оздоровления
окружающей среды. Повышение детонационной стойкости
товарных бензинов с помощью высокооктановых компонентов
намного дороже, чем с помощью свинцовых антидетонаторов,
поэтому оптимальные октановые числа неэтилированных бензинов,
очевидно, будут не выше 91—93. Такие бензины могут
обеспечить бездетонационную работу двигателей со степенью сжатия
не более 8,5. Итак, с изменением технологии получения
высокооктановых бензинов меняются и оптимальные значения
степеней сжатия двигателей, а это в свою очередь повлечет за
собой изменения в развитии автомобильного двигателестроения.
В последние годы появилось новое требование к качеству
высокооктановых бензинов — равномерное распределение
октановых чисел по фракциям бензина. Это имеет важное значение
для нормальной работы двигателя на переменных режимах,
в частности при разгоне автомобиля. Увеличение числа
оборотов коленчатого вала двигателя достигается в результате
резкого открытия дроссельной заслонки. При этом создаются
особенно неблагоприятные условия для распыливания и испарения
бензина, так как в первый момент после открытия дросселя
^значительно падает скорость подачи воздуха и уменьшается
разрежение во впускной системе. Преобладающая часть
бензина оседает на стенках впускного трубопровода, а
паровоздушная смесь обогащается низкокипящими углеводородами, т. е.
происходит фракционирование бензина. Сразу после открытия
дросселя в цилиндры поступает лишь паровоздушная смесь,
поскольку она обладает меньшей инерцией, чем жидкая
пленка. Таким образом, в начале, т. е. сразу после резкого
открытия дроссельной заслонки, в цилиндры двигателя поступает
горючая смесь, обогащенная низкокипящими углеводородами.
Если низкокипящие фракции бензина имеют меньшую
детонационную стойкость, чем высококипящие, то при каждом
открытии дросселя в течение какого-то времени в камерах сгорания
возможна детонация. При этом происходит повышенный износ
деталей цилиндро-поршневой группы, прогорание прокладок
головки блока и т. д.
Процесс фракционирования бензина во впускном
трубопроводе известен давно, но до недавнего времени это не вызывало
существенных осложнений.
Однако в последние годы в связи с широким развитием
процессов риформинга в товарных высокооктановых
автомобильных бензинах резко возросло содержание ароматических
углеводородов. Ароматические углеводороды имеют октановые чис-
107

Таблица 13. Детонационная стойкость и характеристика узких фракций
бензина каталитического риформинга жесткого режима
Пределы
выкипания
фракции, °С
Выход
фракции,
Плотность
при 20 °С,
кг/м3
Содержание

ароматических
углеводородов, %
Октановое число

исследовательский
метод
моторный
метод
Н. к.-62
62—80
80—90
90—100
100—120
120—130
130—140
140—150
150—160
160—170
170—180
180—240
17,7
12,0
3,5
6,2
14,1
3,3
15,0
3,0
6,2
5,5
3,5
3,5
0,6334
0,6885
0,7151
0,6375
0,8188
0,8297
0,8553
0,8598
0,8603
0,8689
0,8725
. 0,8987
0
15
23
31
77
80
94
95
96
98
98
98
82,4
65,5
62,5
63, Я
97,6
103,1
106,9
104,4
106,0
10/,7
106,0
106,0
81,0
63,4
61,4
62,8
86,6
89,3
101,8
100,0
98,4
101,2
100,0
92,5
Остаток
и потери
6,5
л а выше 100 единиц и группируются в основном в «хвостовых»
фракциях бензинов. При среднем октановом числе таких
бензинов 93—95, «хвостовые» фракции имеют октановое число
более 100, а «головные» — всего лишь 62—65 (табл. 13).
Применение бензинов с таким неравномерным распределением
октановых чисел по фракциям снижает надежность и
долговечность работы двигателей.
Для контроля за равномерностью распределения октанового
числа по фракциям предложено, кроме октанового числа
бензина в целом, определять октановое число головной (легкой)
фракции. Разделение бензина на фракции проводят заранее,
отгоняя в колбе легкие фракции в определенном объеме (25,
30 и 50% об.) или кипящие до определенной температуры
(например, 100, ПО или 120 °С). Октановое число легкой
фракции по исследовательскому методу может отличаться от
октанового числа бензина в целом на какое-то число единиц.
Допустимая разница устанавливается при испытаниях
конкретных моделей двигателей.
При другом способе оценки детонационной стойкости
головных фракций бензина обычная установка для определения
октанового числа исследовательским методом дооборудуется
вставкой во впускной трубопровод. Конструкции вставки могут
быть различны, но назначение их одно: обеспечить конденсацию
и отвод наиболее высококипящих фракций бензина, т. е.
фракционировать бензин непосредственно в условиях определения
октанового числа. Метод получил название метода
распределения, а октановые числа бензинов по этому методу — октановые
числа распределения.
108

4.2.4. Пути повышения детонационной стойкости бензинов
Детонационная стойкость — это важный показатель, по
которому определяют необходимое соотношение компонентов в
товарных бензинах. Высокая детонационная стойкость товарных
бензинов достигается тремя основными способами. Первый —
использование в качестве базовых бензинов наиболее
высокооктановых вторичных продуктов переработки нефти или увеличение
их доли в товарных бензинах. Второй способ предусматривает
широкое использование высокооктановых компонентов,
вовлекаемых в товарные бензины. Третий путь состоит в применении
антидетонационных присадок. В настоящее время широко
используют все три направления повышения детонационной
стойкости бензинов.
Современные товарные бензины готовят смешением
компонентов, полученных прямой перегонкой, крекингом, риформин-
гом, коксованием, алкилированием, полимеризацией,
изомеризацией и другими процессами переработки нефти и нефтяных
фракций.
В бензинах прямой перегонки нефти содержится много алка-
нов слабо разветвленного строения с низкой детонационной
стойкостью; октановые числа таких бензинов невелики.
Например, бензины прямой перегонки сернистых нефтей с
температурой конца кипения 180—200 °С содержат 60—80% алканов и
имеют октановые числа в пределах 40—50. Лишь из отдельных
«отборных» нефтей можно получить бензины прямой
перегонки с октановым числом 70. Однако ресурсы таких нефтей
весьма ограничены, а их раздельная переработка на заводах-
сопряжена со значительными трудностями. Бензины прямой пе-
Таблица 14. Антидетонационные свойства бензинов, полученных
термическими и каталитическими процессами
Способ получения бензина и сырье
Октановое число

исследовательский
метод
моторный
метод

Чувствительность
бензина
Термический крекинг мазута из
смеси куйбышевских нефтей
Каталитический крекинг легкого дис-
тиллятного сырья из смеси
куйбышевских нефтей
Термический крекинг полугудрона
Замедленное коксование гудрона
Каталитический крекинг тяжелого
дистиллятного сырья
из ромашкинской нефти
из туймазинской нефти
Гидрокрекинг
Каталитический риформинг
платформинг мягкого режима
платформинг жесткого режима
71,2
82,6
75,6
68,2
83,8
87,0
75,0
83,6
96,6
64,2
74,9
68,5
62,4
76,2
77,8
71,0
77,0
86,0
7,0
7,7
7,1
5,8
7,6
9,2
4,0
6,7
10,6
109

регонки и их головные фракции используют в небольшом
объеме для приготовления автомобильных бензинов А-72 и А-76.
В состав бензинов термического крекинга входит большое
количество алкенов, детонационная стойкость которых выше
детонационной стойкости я-алканов. Поэтому бензины
термического крекинга обычно имеют более высокие октановые
числа, чем бензины прямой перегонки из тех же нефтей (табл. 14).
Октановые числа бензинов термического крекинга находятся в
пределах 64—70 в зависимости от качества сырья и
температурного режима крекинга. Компоненты, полученные термическим
крекингом, добавляют только в автомобильные бензины.
Бензины, полученные каталитическим крекингом, имеют
более высокую детонационную стойкость, чем бензины
термического крекинга. Это обусловлено главным образом увеличением
содержания в бензиновых фракциях изоалканов и
ароматических углеводородов. Антидетонационные свойства бензинов
каталитического крекинга зависят от фракционного состава
сырья, режима крекинга, состава катализатора и могут
колебаться в широких пределах. Бензины каталитического
крекинга часто используют как базовые для приготовления товарных
высокооктановых бензинов.
В процессе каталитического риформинга получают бензины
с высокой детонационной стойкостью за счет ароматизации и
частичной изомеризации углеводородов. При риформинге на
платиновом катализаторе процесс платформинга можно вести
в мягком (обычном) или жестком режиме. При жестком
режиме снижается выход бензина, увеличивается газообразование,
Таблица 15. Антидетонационные свойства высокооктановых
компонентов бензинов
Компонент
Октановое число

исследовательский
метод
моторный
метод

Чувствительность
бензина
Бутановая фракция
Изобутановая фракция
Изопентановая фракция
Пентан-пентеновая фракция
Газовый бензин (33—103 °С)
Диизобутилен (изооктилен)
Полимербензин
Алкилат
Алкилбензин (широкая фракция ал-
килата)
Толуол
Пиробензол
Алкилбензол
Изооктан технический
Продукты изомеризации фракции
Сб—С6 (изомеризат)
94
101
93
90
89
100
100
92
90—94
115
102
107
100
81—87
89
97
90
87
86
88
85
90
88—92
103
88
100
100
79—85
5
4
3
3
3
12
15
2
2—4
12
14
7
0
2-4
ПО

но бензин получается более высокооктановым с содержанием
ароматических углеводородов до 70% (см. табл.14). Бензины
платформинга широко используют в качестве базовых при
изготовлении товарных высокооктановых бензинов, причем не
только дистиллят платформинга, но и его отдельные фракции,
оставшиеся после извлечения индивидуальных ароматических
углеводородов.
Для улучшения тех или иных характеристик базовых
бензинов применяют высокооктановые компоненты,
антидетонационные свойства которых приведены в табл. 15. Некоторые
высокооктановые компоненты получают в результате таких
процессов, как, алкилирование, изомеризация, полимеризация, и
стоимость их, как правило, выше стоимости базовых бензинов.
Добавляют такие компоненты в бензины обычно в небольших
объемах. Наиболее распространенным компонентом бензинов
является смесь низкокипящих углеводородов с различными
пределами выкипания. Широкую фракцию низкокипящих
углеводородов называют газовым бензином, более узкие фракции с
преобладанием того или иного углеводорода именуют по
названию преобладающего углеводорода. Для приготовления
товарных автомобильных бензинов используют низкокипящие
углеводороды, выделенные из продуктов прямой перегонки или
вторичных процессов, а также не вступившие в реакции при
процессах алкилирования или полимеризации (отработанные
бутан-бутеновая, пентан-пентеновая фракции и др.).
Детонационная стойкость смеси различных компонентов не
является аддитивным свойством: октановое число компонента
в смеси может отличаться от октанового числа этого
компонента в чистом виде. Каждый компонент имеет свою смесительную
характеристику или, как принято называть, октановое число
смешения, причем для данного компонента оно непостоянно и
зависит от массы введенного компонента, состава базового
бензина и присутствия других компонентов.
Октановые числа 9мешения газовых бензинов, бензинов
прямой перегонки из парафинистого и смешанного сырья
некоторых технически чистых углеводородов изостроения обычно
близки к их октановым числам в чистом виде. Бензиновые
фракции каталитических процессов и продукты алкилирования,
полимеризации и изомеризации имеют октановые числа
смешения несколько выше, чем в чистом виде. Октановые числа
смешения бензола, толуола и ксилолов ниже, чем их
октановые числа в чистом виде. Алкилированные бензолы с
разветвленной боковой цепью имеют октановые числа смешения более
высокие, чем в чистом виде. Октановое число смешения
высокооктанового компонента обычно тем выше, чем ниже
октановое число базового топлива.
При подборе компонентов для приготовления товарных
автомобильных бензинов необходимо обеспечить равномерность
распределения октанового числа по фракциям бензина.
111

Применение антидетонационных присадок и
кислородсодержащих компонентов. Наиболее эффективным и экономически
выгодным способом повышения детонационной стойкости
бензинов является введение антидетонационных присадок —
антидетонаторов. Алкилсвинцовые антидетонаторы, в первую
очередь тетраэтилсвинец, а затем тетраметилсвинец, применяют в
промышленных масштабах в качестве присадок к-бензинам уже
более пятидесяти лет. Эти соединения обладают способностью
при добавлении в бензин в небольшой концентрации резко
повышать его детонационную стойкость.
Алкилсвинцовые антидетонаторы — бесцветные, прозрачные,
сильно токсичные жидкости, тяжелее воды. При высоких
температурах в камере сгорания они разлагаются с образованием
свинца и радикалов:
РЬ(с2нб)4 ^РЬ + 4С2Н5.
РЬ(СН3)4 > РЬ + 4СН8«
Свинец окисляется до диоксида свинца, который разрушает
активные соединения (например, пероксиды), предотвращая
тем самым детонацию:
RCH2OOH + РЬО2 > RCHO + PbO + H2O + 0,5О2
В результате взаимодействия продуктов распада алкилсвин-
цовых антидетонационных присадок с промежуточными
активными соединениями образуются малоактивные продукты
окисления и оксид свинца. Оксид свинца имеет высокую
температуру плавления (880 °С) и способен отлагаться на
относительно холодных деталях двигателя в виде твердого нагара. Во
избежание последнего и для удаления оксидов свинца из
двигателя вместе с антидетонаторами в бензины вводят так
называемые «выносители». В присутствии выносителя образуются
более летучие соединения свинца с низкой температурой
плавления. Они не конденсируются на деталях двигателя и в виде
паров вместе с отработанными газами выносятся из
двигателя. Наиболее распространены в качестве выносителей свинца
органические соединения брома и хлора.
Смесь свинцового антидетонатора и выносителя называют
этиловой жидкостью. Соотношение антидетонатора и
выносителя в этиловых жидкостях выбирается таким, чтобы не только
связать весь свинец (стехиометрическое соотношение), но и
создать некоторый, 10—15%-й, запас выносителя (табл. 16).
Кроме антидетонатора и выносителя в состав этиловой
жидкости входит красящее вещество. Этиловая жидкость и
этилированные бензины ядовиты, и для предотвращения
использования их не по назначению такие бензины окрашивают.
Эффективность этиловой жидкости в повышении
октановых чисел зависит от химического состава бензина. Свойства
бензинов в той или иной мере повышать детонационную
стойкость при добавлении антидетонаторов принято называть при-
112

Таблица 16. Состав отечественных и зарубежных этиловых жидкостей (в %)
Компоненты
Жидкость
Р-9
(СССР)
Жидкость

автомобильная
(СССР)
Жидкость
(Англия)
Жидкость

автомобильная
фирмы
«Octeb
(Англия)
Жидкость
тип 1
(ФРГ)
Жидкость
0-62
(США,
Италия
и др.)
Тетраэтилсвинец
Этилбромид
Дибромэтан
Дихлорэтан
Монохлорнафта-
лин
Красящее веще- До 100
ство и
наполнитель
54
33
,0
,0
57
26
13
,0
,8
,9
63
25
8
,3
,75
,72
59
20
18
,79
,84
,3
54
36
,5
,4
61
17
18
,48
,86
,81
6,8
9,0
До 100 До 100 До 100 До 100 До 100
емистостью. Максимальной приемистостью к тетраэтилсвинцу
обладают алканы, наименьшей — олефины и ароматические
углеводороды; нафтеновые углеводороды занимают
промежуточное положение. Среди бензинов наибольшей приемистостью к
свинцовым антидетонаторам обладают бензины прямой
перегонки. Как правило, чем ниже детонационная стойкость
бензина, тем выше его приемистость к антидетонаторам. Но
эффективность действия антидетонаторов снижается с повышением
их концентрации, поскольку первые порции вызывают большее
повышение детонационной стойкости, чем последующие.
Содержание алкилсвинцовых антидетонаторов в авиационных
бензинах допускается в 3—4 раза больше, чем в автомобильных.
В последние годы проведены исследования и организовано
промышленное производство тетраметилсвинца, как более
эффективного антидетонатора. Он имеет более высокую
температуру разложения и в высокооктановых бензинах эффективнее
тетраэтилсвинца на 0,5—1,0 октановую единицу. Температура
кипения тетраметилсвинца 110°С, что способствует более
равномерному распределению его по цилиндрам двигателя
(тетраэтилсвинец кипит при 200 °С) и улучшает равномерность
распределения детонационной стойкости по фракциям бензина.
В настоящее время применение алкилсвинцовых
антидетонаторов для приготовления автомобильных бензинов резко
сократилось. Увеличивается доля выработки неэтилированных
бензинов, а содержание свинца в этилированных бензинах
непрерывно снижается в большинстве стран. Причиной отказа от
применения алкилсвинцовых антидетонаторов является
токсичность образующихся продуктов сгорания и отравляющее их
действие на каталитическую массу нейтрализаторов.
Подсчитано, что ежегодно в атмосферу выбрасывается более 250 тыс. т
соединений свинца в виде аэрозоля.
Изложенные соображения послужили основанием для
широких исследований как новых высокооктановых компонентов
8—1354
113

(главным образом, кислородсодержащих соединений), так и
всесторонних испытании марганцевых антидетонаторов.
Антидетонационные присадки к бензинам на основе соединений
марганца известны уже более 20 лет, но до сих пор проводятся их
исследования и испытания; широкое промышленное
использование задерживается по разным причинам. В качестве металлор-
ганических антидетонаторов испытаны соединения железа,
меди, хрома, кобальта и др. Однако практического применения
они не получили.
В последние годы возрос интерес к использованию
некоторых кислородсодержащих соединений в качестве
высокооктановых компонентов автомобильных бензинов. Кислородные
соединения можно получать из газов, угля, сланцев и некоторых
отходов органического происхождения, что особенно важно в
условиях нехватки нефти. Среди кислородных соединений
широко исследуются спирты, эфиры и их смеси. Применение
спиртов в качестве самостоятельных топлив или компонентов
бензинов известно давно. Они имеют высокую детонационную
стойкость, удовлетворительную испаряемость, образуют
минимальный нагар, а продукты их сгорания менее токсичны, чем
продукты сгорания бензинов. Высокая теплота испарения
позволяет снизить температуру горючей смеси в такте впуска,
повысить коэффициент наполнения и при малой склонности к на-
гарообразованию снизить требования двигателя к
детонационной стойкости применяемых топлив.
Основной недостаток спиртов — низкая теплота сгорания.
Кроме того, многие из них ограниченно растворимы в бензине,
особенно в присутствии воды. Среди спиртов с учетом
сырьевых ресурсов, технологии получения и ряда
технико-экономических факторов наиболее перспективен в качестве топлива для
двигателей с принудительным зажиганием — метанол.
Безводный метанол при обычных температурах хорошо смешивается
с бензином в любых соотношениях. Но даже малейшее
попадание воды вызывает расслаивание смеси. Так, смесь метанола
(15%) с бензином расслаивается при 0°С при содержании
воды более 0,06%, а при 20 °С — более 0,18%. Введение в смесь
метанола с бензином небольшого количества изобутанола и
бензилового спирта несколько повышает стабильность смеси,
но не решает проблему полностью.
Многочисленные испытания смесей метанол — бензин на
двигателях выявили и другие недостатки. Испаряемость смесей
хуже испаряемости бензина, что вызывает дополнительные
осложнения при холодном пуске двигателя. Содержание
оксида углерода в отработавших газах снижается по мере
увеличения концентрации метанола в смеси с бензином, однако
содержание углеводородов и оксидов азота меняется мало, а
содержание альдегидов даже растет. Экономичность двигателя
снижается на 2—7% при использовании смеси, содержащей 10%
метанола (теплота сгорания метанола равна 19 500 кДж/кг).
114

Несмотря на недостатки, исследования по использованию
метанола в качестве топлива продолжаются, и многие
исследователи считают его топливом будущего.
Одновременно ведутся работы по использованию метанола
в качестве сырья для получения более подходящих топлив или
компонентов. Основные направления исследования — синтез
бензина из метанола и получение метил-грег-бутилового
эфира. Получить метил-грвг-бутиловый эфир (бесцветная
жидкость с резким запахом, температура кипения 55 °С) можно при
взаимодействии метанола и изобутилена в присутствии
ионообменных смол (процесс освоен в промышленных масштабах
с 1973 г.). Введение метил-трег-бутилового эфира снижает
неравномерность распределения детонационной стойкости бензина
по фракциям и склонность бензина к нагарообразованию. Он
обладает высокой детонационной стойкостью; октановые числа
смешения его изменяются от 115 до 135 по
исследовательскому методу или от 98 до ПО — по моторному.
Токсикологические испытания показали, что метил-грег-бу-
тиловый эфир не оказывает отрицательного действия на
организм человека. Введение его в бензины снижает содержание
оксида углерода, углеводородов и полициклических
ароматических соединений в отработавших газах. Недостатком метил-
грег-бутилового эфира является более низкая чем у
углеводородов теплота сгорания (35 200 кДж/кг) и способность раство-
г ряться в воде, хотя и в небольшом количестве — до 4,8 г в 100 г
воды при20°С. Бензины, содержащие метил-трег-бутиловый
эфир, прошли всесторонние испытания и показали высокие экс-
; плуатационные свойства.
Ведутся исследования по использованию в качестве
компонентов товарных бензинов других спиртов (этанола, грег-бута-
нола) и эфиров (диметилового), но, по-видимому, широкое
практическое применение уже в ближайшее время может
получить только метил-грет-бутиловый эфир.
4.2.5. Склонность бензинов к калильному зажиганию
В результате осуществляемых усовершенствований двигателей
тепловой режим их повышается. Рабочая смесь в камере
сгорания в конце такта сжатия становится более подготовленной
к воспламенению. Создаются условия для самопроизвольного,
неуправляемого, воспламенения рабочей смеси независимо от
времени подачи искры свечей зажигания. Это явление,
нарушающее нормальный процесс сгорания, получило название
поверхностного воспламенения или калильного зажигания.
Источниками воспламенения могут служить перегретые выпускные
клапаны, свечи, кромки прокладок, тлеющие частички нагара
и т. п.
Калильное зажигание, нарушая нормальное протекание
сгорания, делает процесс неуправляемым, снижает мощность и
8* 115

ухудшает топливную экономичность двигателя.
Принципиально оно отлично от детонационного сгорания, хотя и то и
другое в условиях работы двигателя тесно переплетаются.
Сгорание смеси после калильного зажигания протекает с
нормальными скоростями и может не сопровождаться детонацией. Для
товарных бензинов отмечена общая закономерность повышения
стойкости к калильному зажиганию с увеличением октановых
чисел.
Основные направления борьбы с калильным зажиганием —
это конструктивное улучшение камер сгорания и изменение
свойств образующегося нагара за счет введения специальных
присадок в топливо. Из присадок наибольшее
распространение получили фосфорные, например трикрезилфосфат.
4.3. ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ
Бензины имеют малую вязкость и очень пологую вязкостно-
температурную кривую. При —60 °С вязкость бензинов
составляет 2—3 мПа-с, и каких-либо затруднений при их
транспортировании (перекачке) нет. При охлаждении бензина и
некотором увеличении его вязкости снижается объемная подача
топлива через жиклеры карбюратора. Однако в какой-то мере
это компенсируется повышением плотности бензина при
понижении его температуры.
Бензины хорошо прокачиваются при низких температурах.
Их температура застывания ниже минус 60 °С.
Важное значение имеет очистка бензинов от механических
примесей. В связи с тем что вязкость бензинов невелика,
отстой механических примесей происходит довольно быстро,
и бензин становится прозрачным. Но в нем присутствуют
механические примеси, не видимые невооруженным глазом.
Попадание таких примесей в двигатель ускоряет износ цилиндро-порш-
невой группы.
На рис. 19 показано изменение износа цилиндров двигателя
автомобиля ЗИЛ-130 во время пробега 7000 км на бензине,
загрязненном кварцевой пылью.
Повышение концентрации
пыли в бензине увеличивает
износ цилиндров. В настоящее
время для каждого двигателя
разработана оптимальная
система очистки от
механических примесей. Она включает
Рис. 19. Износ цилиндров двигателя
ЗИЛ-130 при работе на бензине с
разным содержанием кварцевой
пыли:
г in 1С ол ос уп 7с ^ — отсутствие пыли; 2—13,5 г/т; 3 —
о /U /a 2U Zb du JO 40 г/т; —обычный
эксплуатационное Цилиндров, МКМ ный износ.
с?
та цил
о
со
0
10
20
30
40
50
60
70
\ss
- /)
it
11
1'»
L I
1
i i i i i
— ,
\
/
/
/
/
i i
116

ряд отстойников и фильтров с различной тонкостью отсева.
При нормальной работе системы фильтрования в двигатель
должен попадать бензин, не содержащий механических
примесей. Нарушение подачи бензина в двигатель при повышенных
температурах окружающего воздуха связано главным образом
с образованием так называемых «паровых пробок» (это
явление описано выше, в разделе «Испаряемость»).
4.4. СТАБИЛЬНОСТЬ И СКЛОННОСТЬ
К ОБРАЗОВАНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ
4.4.1. Физическая и химическая стабильности
Физическая стабильность. Бензины содержат наиболее легко-
испаряющиеся фракции углеводородов, поэтому потери от
испарения при хранении бензинов больше, чем потери любых
других топлив. Склонность бензинов к потерям от испарения
зависит от их фракционного состава, давления насыщенных паров,
компонентного состава. При этом удовлетворительной
корреляции между потерями от испарения и каждым из
перечисленных показателей нет.
Склонность бензинов к потерям от испарения определяют
как самостоятельный показатель качества — физическая
стабильность. Образец бензина продувают воздухом и затем
рассчитывают потерю массы бензина за время продувки. Для
примера в табл. 17 даны результаты определения склонности к
потерям от испарения бензинов разных марок.
Наибольшей склонностью к потерям от испарения обладают
те бензины, в которые при их приготовлении на заводе был
введен бутан или бутан-бутеновая фракция. Другие низкокипя-
щие компоненты бензинов, такие, как газовый бензин и изо-
пентан, меньше влияют на склонность бензина к потерям. Поте-
Таблица 17. Потери от испарения (физическая стабильность)^
и другие показатели испаряемости товарных автомобильных бензинов
Марка бензина
Потери от
испарения, %
Давление
насыщенных паров,
кПа, (мм рт. ст.)
Температура, °С
перегонки
10%
А-72
образец 1
образец 2
образец 3
А-76
образец 1
образец 2
АИ-93
образец 1
образец 2
1,21
1,70
2,12
0,87
2,34
2,00
1,01
44,3(333)
42,1(316)
61,0(458)
65,9(495)
59,9(450)
49,1(369)
65,3(490)
42
42
38
35
35
41
37
70
68
67
52
51
63
52
117

ри бензинов зимнего вида превышают потери бензинов летнего
вида при одинаковых условиях хранения примерно в полтора
раза. В целом следует отметить, что при правильном хранении
потери бензинов невелики и изменение их качества
незначительно.
При использовании спирто-бензиновых смесей, как
указывалось выше, необходимо регулярно контролировать их фазовую
однородность. Разработаны быстрые расчетные методы
прогнозирования фазовой стабильности таких бензинов.
Химическая стабильность. Для автомобильных бензинов
химическая стабильность при хранении имеет важное
эксплуатационное значение. Это связано с тем, что, во-первых, бензины
приходится иногда хранить длительное время и, во-вторых, для
их приготовления используют компоненты вторичного
происхождения, значительно различающиеся по химической
стабильности.
Окисление бензина вначале протекает крайне медленно и
лишь после определенного промежутка времени скорость его
возрастает. Период, в течение которого скорость процесса мала
(поглощения кислорода практически не наблюдается),
называют индукционным периодом окисления: чем больше
индукционный период окисления бензина, тем он стабильнее.
Определение индукционного периода при хранении в
атмосферных условиях — процесс длительный, поэтому в
лабораторных условиях окисление ускоряют за счет повышения
температуры, обычно до 100 °С. Чтобы избежать испарения бензина
при столь высокой температуре, процесс ведут под давлением
в специальной металлической бомбе, фиксируя по манометру
начало снижения давления в бомбе. Время от начала опыта до
начала поглощения кислорода принимают за индукционный
период.
В бензинах термического крекинга и термического рифор-
минга нефтяного сырья содержится много реакционноспособ-
ных алкенов с низкой химической стабильностью.
Индукционный период окисления бензинов, полученных термическими
процессами, обычно не превышает 100—200 мин.
Более стабильны бензины, полученные каталитическими
процессами. Однако в бензинах каталитического крекинга
нефтяного сырья в одну ступень много алкенов с небольшим
индукционным периодом окисления. Замечено, что с утяжелением
сырья индукционный период окисления бензинов, получаемых
каталитическим крекингом, снижается.
Бензины каталитического риформинга, а также продукты
алкилирования, изомеризации, гидрирования, в которых алке-
ны практически отсутствуют, отличаются высокой химической
стабильностью.
Повышение химической стабильности продуктов
переработки нефти, в том числе и бензиновых дистиллятов, достигается в
промышленности двумя способами. Первое направление —
118

Таблица 18. Эффективность антиокислителей в неэтилированном
автомобильном бензине
Антиокислитель
Концентрация
антиокислителя, (
Индукционный
период, мин
Древесносмольный
ФЧ-16
л-Оксидифениламин
Ионол
0,065
0,065
0,010
0,030
580
615
785
705
очистка нестабильных дистиллятов. Самая перспективная из
процессов очистки — гидроочистка позволяет, кроме повышения
стабильности, уменьшить содержание сернистых соединений.
Применительно к бензиновым фракциям гидроочистка пока
используется ограниченно, главным образом для подготовки
сырья к риформингу на платиновом катализаторе.
Эффективным и экономичным способом повышения
химической стабильности бензиновых фракций является второе
направление— введение специальных антиокислительных присадок.
В качестве таких присадок широко распространены соединения
фенольного, аминного и аминофенольного типов. Эти
вещества, способные обрывать цепные реакции окисления, тормозят
окислительные процессы в бензинах, тем самым увеличивают
индукционный период окисления.
Для стабилизации отечественных бензинов используют
антиокислитель ФЧ-16 (смесь фенолов из подсмольных вод
полукоксования^ черемховских углей), я-оксидифениламин (в
количестве до 0,01% в растворе ароматических углеводородов) и
ионол (4-метил-2,6-ди-тре:г-бутилфенол в количестве 0,03—
0,10%). Сравнительная эффективность антиокислителей в
неэтилированном автомобильном бензине показана в табл. 18
(индукционный период исходного бензина 285 мин).
Антиокислительные присадки, кроме предотвращения
окисления алкенов, гетероорганических примесей, весьма
эффективны и в стабилизации антидетонатора тетраэтилсвинца. В
условиях хранения и применения тетраэтилсвинец способен
окисляться кислородом воздуха с образованием твердого осадка.
Бензин, в котором началось окислительное разложение
антидетонатора, к применению в двигателях не пригоден.
Стабилизация тетраэтилсвинца от разложения оказалась
весьма важной проблемой для авиационных бензинов.
Содержание алкенов в авиационных бензинах незначительно, и они
могут храниться без изменения качества длительное время.
Однако тетраэтилсвинец, который добавляют в авиационные
бензины в большем количестве, чем в автомобильные,
разлагается быстро, особенно в южной климатической зоне в летнее
время года. Эффективным средством предотвращения распада
119

Таблица 19. Стабильность авиационного бензина в присутствии
тетраэтиле винца и антиокислителя
Образец бензина
№1
№2
№3
№4
№5
№6
Период
без антиокислителя
2
2
4
5
4
5
стабильности, ч
0,004% /7-окснднфениламина
22
18
55
60
96
115
антидетонатора в бензинах оказалось введение такого
антиокислителя, как я-оксидифениламин (табл. 19).
В автомобильных бензинах при высокой концентрации алке-
нов концентрация продуктов окисления достигает предельно
допустимых значений раньше, чем появляются продукты
разложения антидетонатора. Но и в таких бензинах антиокислительные
присадки позволяют увеличить стабильность тетраэтилсвинца.
Стандартами на бензины установлен гарантийный срок
хранения автомобильных бензинов всех марок — 5 лет со дня
изготовления, авиационных бензинов — 2 года. Изготовитель
гарантирует соответствие качества бензинов требованиям
стандартов только при условии соблюдения-правил
транспортирования и хранения.
4.4.2. Склонность к образованию отложений во впускной
системе и нагара в камерах сгорания
Склонность к образованию отложений во впускной системе.
При окислении нестабильных углеводородов и гетероорганиче-
ских примесей в бензинах образуются высокомолекулярные
соединения— смолистые вещества. При испарении бензина в
диффузоре карбюратора и впускном трубопроводе эти соединения
могут отлагаться на стенках и под действием высокой
температуры превращаться в твердые отложения. Слой таких
отложений на стенках впускного трубопровода создает дополнительное
сопротивление для горючей смеси, затрудняет подвод тепла к
смеси и ухудшает условия испарения. Подобные отложения на
штоках и тарелках клапанов нарушают работу клапанного
механизма и могут привести к «зависанию» клапанов. Все это
снижает мощность и экономичность двигателя.
Для оценки склонности бензинов к образованию отложений
во впускной системе разработаны специальные лабораторные
методы. Суть методов состоит в определении массы смолистых
веществ, остающихся в стаканчиках после испарения бензина в
струе воздуха или в струе водяного пара. Смолы, определенные
такими методами, называют фактическими, т. е. присутствую-
120

360
!5 15 35 45 55 6е;
Содержание смол, мг/Ю0мл
прямолинейная зависимость
Рис. 20 Зависимость массы
отложений во впускной системе двигателя
от содержания фактических смол в
бензине.
щими в бензине в данное
время. Между содержанием
фактических смол в бензине
и массой отложений,
образующихся во впускном
трубопроводе двигателя, установлена
(рис. 20). В связи с тем что содержание фактических смол при
хранении увеличивается, установлены две нормы (в мг/100 мл
бензина): одна — на месте производства бензина, другая на
месте потребления (табл. 20). Для авиационных бензинов
содержание фактических смол, регламентируемое одной нормой,
не должно превышать 2—4 мг на 100 мл.
Склонность к нагарообразованию. Смесь бензина с
воздухом полностью в камерах сгорания двигателя не сгорает.
Некоторые продукты окислительных превращений углеводородов
и гетероорганических примесей способны отлагаться на
стенках камер сгорания. Здесь под действием высоких температур
они превращаются в твердые, трудно удаляемые отложения,
называемые «нагаром». Нагар имеет очень малую
теплопроводность, близкую к теплопроводности асбеста, поэтому
охлаждение камер сгорания ухудшается и создаются условия,
облегчающие возникновение детонации.
Нагар в камерах сгорания находится в динамическом
равновесии: он образуется непрерывно, но часть его также
непрерывно сгорает. Тлеющие частички нагара могут быть
источником неуправляемого воспламенения смеси. Установлено, что
образование нагара снижает надежность работы двигателя,
сокращает срок службы и экономичность, увеличивает
эксплуатационные расходы. Склонность бензина к нагарообразованию
Таблица 20. Нормы содержания фактических смол в бензине
Марка бензина
Содержание фактических смол, мг/100 мл
на месте производства
на месте потребления
А-72
А-76
А-76*
АИ-93
АИ-93*
АИ-98
АИ-98*
5
5
3
5
Отсутствие
о
3
10
10
8
7
2
7
5
Бензин с государственным Знаком качества.
121

зависит в основном от содержания и состава присутствующих в
нем ароматических углеводородов, этиловой жидкости и
соединений серы. Другие характеристики бензина имеют
второстепенное значение.
С увеличением содержания ароматических углеводородов
склонность бензина к нагарообразованию возрастает. Но
ароматические углеводороды имеют высокую детонационную
стойкость, и поэтому их присутствие в бензинах желательно.
Оптимальное содержание ароматических углеводородов в
автомобильных бензинах лежит в пределах 40—45%. Однако
установленной нормы на содержание ароматических углеводородов
в технических условиях на автомобильные бензины нет.
Нефтеперерабатывающая промышленность стремится выпускать
товарные автомобильные бензины с ' содержанием ароматических
углеводородов не более- 45—50%. В авиационных бензинах
содержание ароматических углеводородов строго
регламентируется— не более 35%.
При выборе компонентов для приготовления товарного
бензина следует иметь в виду, что с увеличением молекулярной
массы ароматических углеводородов их склонность к
нагарообразованию, как правило, возрастает. Этилированные бензины
более склонны к нагарообразованию, чем неэтилированные.
С увеличением концентрации тетраэтилсвинца (ТЭС)
склонность бензина к нагарообразованию возрастает:
Концентрация ТЭС в 0 0,27 0,54 1,00 1,50
бензине, г/кг
Масса нагара на плас- 2,0 7,6 8,8 12,7 14,0
тинке в двигателе, мг/ч
В нагаре, образующемся после сгорания этилированного
бензина, содержится 35—45% свинца в виде оксидов,
сульфата, галогеносодержащих соединений и т. д.
Для оценки склонности к нагарообразованию очень важное
значение имеет содержание выносителя в бензине. Широко
используемый выноситель — этилбромид — кипит при 38 °С и,
естественно, при хранении и транспортировании как этиловой
жидкости, так и этилированных бензинов, может испаряться.
Потери выносителя при хранении ведут к нарушению стехиометри-
ческого соотношения между антидетонатором и выносителем,
и при использовании таких бензинов значительная часть
продуктов сгорания свинца может оставаться в камерах
сгорания.
Сернистые соединения, присутствующие в бензинах,
участвуют в нагарообразовании. Прямые испытания бензинов
показали, что чем больше серы в бензине, тем значительнее нага-
рообразование в двигателе:
Содержание серы в бензине, % 0,046 0,100 0,200 0,367
Масса нагара в двигателе, г 1,90 2,93 4,26 5,67
122

4.5. КОРРОЗИОННАЯ АКТИВНОСТЬ
И ДРУГИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
Бензины при транспортировании, хранении и применении
вызывают коррозию стали трубопроводов и резервуаров, меди,
латуни и других сплавов топливных систем, деталей арматуры и т. д.
В технических условиях на качество бензинов предусмотрена
оценка коррозионной активности — проба на медную пластинку.
Это — довольно чувствительная оценка на содержание в
бензинах сероводорода и свободной серы. При отрицательной пробе
содержание сероводорода в бензине не превышает 0,0003%,
а свободной серы — 0,0015%. В таких концентрациях указанные
•соединения практически мало влияют на коррозионную
активность бензинов.
Меркаптаны могут присутствовать в значительном
количестве даже в тех бензинах, которые дают отрицательную пробу
на медную пластинку. Содержание так называемой «меркап-
тановой» серы в товарных бензинах не должно превышать
0,01%. Большинство бензинов, выдерживающих пробу на
медную пластинку, удовлетворяют этому требованию. Их
применение в обычных климатических условиях, как правило, не
сопровождается заметной коррозией тары, топливопроводов,
арматуры и т. п. Количественное содержание «меркаптановой»
серы в бензинах можно определить потенциометрическим
методом.
Содержание кислородных соединений в товарных бензинах
ограничивается нормой на кислотность. Для автомобильных
бензинов обычного качества кислотность должна быть не более
3 мг КОН/100 мл, а для бензинов с государственным Знаком
качества — от 0,8 до 1,0 мг КОН/100 мл. Для авиационных
бензинов соответственные нормы—1,0 и 0,3 мг КОН/100 мл.
Водорастворимые кислоты и щелочи являются, как правило,
случайными примесями в бензине. В соответствии с
техническими условиями водная вытяжка из автомобильных и
авиационных бензинов должна иметь нейтральную реакцию.
Многочисленными исследованиями установлено, что износы
деталей двигателей возрастают с увеличением общего
содержания серы в бензине. В результате износа ухудшаются мощно-
стные и экономические показатели двигателей. Кроме того,
с повышением содержания серы в бензинах увеличиваются
кислотность масла, содержание золы и осадка, что приводит к
сокращению сроков его службы.
В технических условиях на автомобильные бензины общее
содержание серы строго регламентируется (табл. 21).
Для авиационных бензинов всех марок содержание серы не
должно превышать 0,05%, а для бензинов с государственным
Знаком качества — 0,03%.
В бензинах присутствует относительно небольшое
количество гетероорганических соединений с поверхностно-активными
свойствами, поэтому их защитная способность невелика.
123

Таблица 21. Нормы на содержание серы в автомобильных бензинах
Бензины
автомобильные
Содержание
серы, %
А-76, АИ-93, АИ-98 <0,Ю
А-72 <0,12
Бензины с
государственным Знаком
качества
Содержание
серы, %
А-76 ^0,02
АИ-93 ^0,01
АИ-98 ^0,05
В топливных системах карбюраторных двигателей нет
трущихся деталей, которые нуждались бы в смазке. Бензины
имеют невысокую вязкость и незначительные противоизносные
свойства.
Высокое содержание низкокипящих фракций не позволяет
использовать бензины в качестве охлаждающей среды в
машинах и механизмах. Поэтому охлаждающие свойства бензинов не
рассматриваются.
4.6. СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ БЕНЗИНЫ
Автомобильные бензины в нашей стране могут вырабатываться
четырех (табл. 22) марок: А-72, А-76, АИ-93 и АИ-98 (по ГОСТ
2084—77). Кроме того, в небольшом количестве производится
неэтилированный бензин «Экстра» (по техническим условиям),
соответствующий марке АИ-95. Такое большое число марок
бензина вызвано разнородной структурой автомобильного парка
страны. В дальнейшем предполагается выпуск двух марок
массовых бензинов. Одна из них типа АИ-80 или АИ-82 будет
предназначена для использования в грузовых автомобилях,
вторая, типа АИ-90 или АИ-93, — для легковых автомобилей.
Бензин АИ-93 неэтилированный будет иметь октановое
число около 91 по исследовательскому методу. За счет более рав-
Таблица 22. Требования к качеству автомобильных бензинов
Показатели
Нормы для jviapoK
А-72
А-76
АИ-93
АИ-98
Детонационная стойкость
октановое число по
моторному методу,
не менее
октановое число по
исследовательскому
методу, не менее
Масса свинца, г на 1 кг
бензина, не более
этилированного
неэтилированного
72
76
Не нормируют
85
93
0,24 0,50
Отсутствие
89
98
0,50
124

Показатели
А-72
Нормы для
А-76
марок
АИ-93
Продолжение
АИ-98
фракционный состав
температура начала
перегонки бензина,
°С, не ниже
летнего вида
зимнего вида
10% бензина
перегоняется при
температуре, °С, не выше
летнего вида
зимнего вида
50% бензина
перегоняется при
температуре, °С, не выше
летнего вида
зимнего вида
90% бензина
перегоняется при
температуре, °С, не выше
летнего вида
зимнего вида
конец кипения
бензина, °С, не выше
летнего вида
зимнего вида
остаток и потери, %,
не более
Давление насыщенных
паров бензина, кПа
(мм рт. ст.)
летнего вида, не
более
зимнего вида
Кислотность, мг
КОН/100 мл бензина, не
более
Концентрация
фактических смол, мг/100 мл, не
более
на месте
производства
на месте потребления
Индукционный период
на месте производства
бензина, мин, не менее
Содержание серы, %, не
более
Испытание на медной
пластинке
Водорастворимые
кислоты и щелочи,
механические примеси и вода
Цвет
35
70
55
115
100
180
160
195
185
4,0
35
Не
70
55
115
100
180
160
195
185
4,0
35
нормируется
70
55
115
100
* 180
160
195
185
4,0
35
70
115
180
195
4,0
66,7(500) 66,7(500) 66,7(500) 66,7(500)
66,7—93,3 66,7—93,3 66,7—93,3 —
(500—700) (500—700) (500—700) —
3,0 3,0 3,0 3,0
5
10
600
0,12
_ 5
10
900
0,10
Выдержив
Отсутств
5
7
900
0,10
а ет
и е
5
7
900
0,10
Желтый Оранжево-
красный
Синий
125

номерного распределения октанового числа по фракциям этот
бензин обеспечит бездетонационную работу двигателей наравне
с этилированным бензином АИ-93. Вероятно, останется
небольшое производство и третьей марки автомобильного бензина
типа АИ-95—АИ-98 для применения в иностранных и
отечественных автомобилях специального назначения. При сохранении
уровня детонационной стойкости в перспективе доля
этилированных бензинов будет сокращаться по соображениям охраны
окружающей среды. В этилированных бензинах возможна
замена тетраэтилсвинца на тетраметилсвинец и применение более
эффективных выносителей, например дибромпропана.
Таблица 23. Требования к качеству авиационных бензинов
Показатели
Нормы для марок
Б-100/130
Б-95/130
Б-91/115
Содержание тетраэтилсвинца, г/кг, не 2,7 3,1 2,5
более
Детонационная стойкость
октановое число по моторному
методу, не менее
сортность на богатой смеси, не
менее
Удельная теплота сгорания низшая,
Дж/кг (ккал/кг), не менее
Фракционный состав
температура начала перегонки, °С,
не ни лее
10% перегоняется при
температуре, СС, не выше
50% перегоняется при
температуре, °С, не выше
90% перегоняется при
температуре, °С, не выше
97,5% перегоняется при
температуре, °С, не выше
остаток, %, не более
Давление насыщенных паров, кПа,
(мм рт. ст.)
не менее
не более
Кислотность, мг КОН/100 мл не
более
Температура начала кристаллизации, —60 —60 —60
°С, не выше
Йодное число, г 12/Ю0 г, не более 5,0 6,0 2,0
Содержание фактических смол, 3 4 3
мг/100 мл, не более
Содержание, %, не более
ароматических углеводородов 35 35 35
серы 0,03 0,03 0,03
Цвет Оранжево- Желтый Зеленый
красный
Содержание /?-оксидифениламина 0,002—0,005
Период стабильности, ч, не менее 12 12 12
99
130
40
75
105
145
180
1,5
95
130
42 947- 103( 10250)
40
82
105
145
180
1,5
95
115
40
82
105
145
180
1,5
32,0(240) 29,3(220) 29,3(220)
48,0(360) 48,0(360) 48,0(360)
0,3 0,3 0,3
126

Авиационные бензины предусмотрено вырабатывать трех
марок (табл. 23). Однако в настоящее время рассматривается
вопрос о переводе всех поршневых авиационных двигателей на
единый сорт авиационного бензина. Это, вероятно, будет
проведено в ближайшем будущем, так как трудности технического
характера в данном случае незначительны, а экономический
эффект очевиден.
Авиационные бензины существенно отличаются от
автомобильных главным образом по содержанию тетраэтилсвинца и
давлению насыщенных паров.
ГЛАВА 5
ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА
Поршневые двигатели с воспламенением горючей смеси от
сжатия (дизели) являются самыми экономичными, поэтому их
производство и применение непрерывно возрастают. Во многих
отраслях народного хозяйства, в различных видах техники, где
используют поршневые двигатели внутреннего сгорания, идет
замена двигателей с искровым зажиганием на более
экономичные дизели. Этот процесс называют дизелизацией.
В 50—60-е годы в нашей стране закончилась дизелизация
тракторного парка, а в настоящее время ускоренными темпами
идет дизелизация автомобильного парка. Грузовые автомобили
заводов ЗИЛ и ГАЗ в ближайшем будущем будут оборудованы
дизелями.
Высокая экономичность дизелей обусловлена следующими
причинами. В двигателях с принудительным воспламенением и
внешним смесеобразованием в такте сжатия в цилиндре
находится горючая смесь. Для предотвращения преждевременного
самовоспламенения смеси или появления детонационного
сгорания степень сжатия в таких двигателях ограничивают, и в
зависимости от качества применяемого топлива она колеблется
в пределах 8—10. В дизелях в такте сжатия цилиндр заполнен
воздухом, поэтому степень сжатия может быть более высокой.
Известно, что термический к. п. д. двигателя при прочих равных
условиях возрастает с увеличением степени сжатия.
Дизели по степени быстроходности, т. е. по частоте
вращения коленчатого вала, делят на тихоходные и быстроходные.
Степень быстроходности дизеля в значительной мере
определяет требования к качеству топлива. Большая часть
автомобильных и тракторных дизелей относится к быстроходным, многие
стационарные, а также транспортные дизели для судов
морского и речного флота — тихоходные.
Напомним, что одной из основных особенностей дизеля
является внутреннее смесеобразование, т. е. топливо подается в
127

Рис. 21. Соответствие формы
топливного факела форме
камеры сгорания.
цилиндр двигателя в
конце такта сжатия.
Температура воздуха в
этот момент в цилиндре
превышает температуру
воспламенения топливо-
воздушной смеси. Перед
сгоранием топливо
должно испариться, а пары хорошо смешаться с воздухом. Для этого
топливо должно быть распылено на мелкие капли и
равномерно распределено по объему камеры сгорания. В дизелях все это
достигается за счет впрыскивания топлива через форсунку под
высоким давлением. В современных дизелях используют такую
топливоподающую аппаратуру, которая обеспечивает наиболее
полное смесеобразование, причем применяют объемное,
пленочное -и смешанное смесеобразование.
При объемном смесеобразовании топливо испаряется
непосредственно при выходе из форсунки в мелкораспыленном
виде во всем объеме камеры сгорания. Равномерное
распределение топлива в камере сгорания достигается соответствием форм
камеры сгорания и факела распыленного топлива (рис. 21).
Пленочное смесеобразование предусматривает впрыск
топлива на стенку камеры сгорания и испарение топлива из
образовавшейся пленки. Сочетание пленочного и объемного
называют смешанным смесеобразованием. Как видно из рис. 21, от
способа смесеобразования зависит форма камер сгорания,
требования к впрыску топлива, выбор форсунки и устройство
всей топливоподающей системы.
Топливоподающая система современного дизеля состоит из
топливного бака, топливоподкачивающего насоса, фильтров
грубой и тонкой очистки и предохранительных фильтров
высокого давления, а также насоса высокого давления и 'форсунок.
Топливные баки дизелей изготавливают различной емкости
и конфигурации в зависимости от назначения дизеля. Топливо-
подкачивающие насосы подают топливо из бака к насосу
высокого давления. Применяют насосы поршневого,
коловратного, шестеренчатого или диафрагменного типов. В фильтрах
грубой очистки используют ленточно-щелевые,
пластинчато-щелевые или сетчатые фильтрующие элементы. Ленточно-щелевые
фильтры изготовляют из профилированной металлической
ленты с выступами. Фильтрование происходит при прохождении
топлива сквозь щели, образующиеся между витками ленты.
Ширина щели определяется высотой выступов и находится в
пределах 0,04—0,10 мм. Пластинчато-щелевые фильтры имеют
128

аналогичный принцип действия: фильтрование происходит при
прохождении топлива через зазоры меаду пластинами.
Сетчатые фильтры состоят из нескольких латунных сеток,
укрепленных на каркасе. Все фильтрующие элементы фильтров
грубой очистки периодически промывают и вновь используют по
назначению.
В фильтрах тонкой очистки применяют сменные
фильтрующие элементы. Для их изготовления используют бумагу,
металлокерамику, фетр, войлок, нетканые материалы. Фильтры
тонкой очистки задерживают механические примеси — частицы
размером более 3—5 мкм.
На входе в форсунку устанавливают предохранительный
фильтр, обычно представляющий собой многослойную сетку.
Насосы высокого давления — это основной и самый сложный
агрегат топливоподающей системы дизелей. Топливные насосы
высокого давления различны по типу привода, конструкции,
расположению и т. д. Но у всех насосов плунжерного типа очень
маленькие зазоры между плунжером и гильзой. Насос высокого
давления может подавать топливо через форсунки
непосредственно в каждый цилиндр; такая система называется насосным
впрыском.
Применяют и другую систему подачи топлива в цилиндры
двигателя, которая получила название аккумуляторной. В этом
случае насос высокого давления подает топливо в специальный
резервуар, где оно собирается, аккумулируется. Впрыск
топлива из такого аккумулятора под высоким давлением
осуществляется по цилиндрам периодически с помощью специальных
дозирующих устройств. Работа насосов высокого давления в
аккумуляторных топливных системах не связана синхронно с
работой двигателя. Роль насоса сводится только к созданию
постоянного давления в аккумуляторе.
Форсунки, распыливая топливо, равномерно распределяют
его по камере сгорания и создают факел необходимой формы.
От конструкции форсунки зависит экономичность работы
дизеля, дымность отработавших газов и многие другие
эксплуатационные показатели.
Конструкции форсунок для дизелей могут быть различны.
Однако в большинстве конструкций топливо распыливается
через специальный распылитель с одним или несколькими
отверстиями, которые называют соплами. Обычно эти отверстия
располагают по окружности распылителя. В топливоподводя-
щем канале форсунки перед соплом распылителя располагают
запорный клапан, который резко прекращает подачу топлива в
камеру сгорания. Такой запорный клапан часто исполняют в
виде конусной иглы. При повышении давления топлива в топ-
ливоподводящей системе игла поднимается и открывается
проход в сопло; при уменьшении давления специальная пружина
опускает иглу, и перекрывается доступ топлива в камеру
сгорания. Свободный ход и плотная посадка иглы распылителя обес-
9—1354 129

печивают создание факела нужной формы, хороший распыл и
отсутствие подтекания топлива после окончания впрыска.
Таким образом, топливная система дизелей предназначена
для подачи топлива из бака к насосу высокого давления и
далее через форсунки в камеры сгорания. При этом топливо
очищается от механических примесей. Впрыск топлива в камеры
сгорания осуществляется при высоком давлении, что
позволяет распыливать топливо на мелкие капли и тем самым
обеспечивать его испарение.
5.1. ИСПАРЯЕМОСТЬ
Испарение топлива в дизелях начинается сразу после его
впрыска в камеру сгорания и продолжается до сгорания
последних порций топлива. Весь процесс испарения топлива и
образование горючей смеси происходит непосредственно в
цилиндре двигателя за очень малый промежуток времени (20—
40° поворота коленчатого вала или тысячные доли секунды).
На приготовление горючей смеси в дизеле отводится в 10 раз
меньше времени, чем в карбюраторном двигателе, и в то же
время в дизеле удается использовать более тяжелые топлива с
худшей испаряемостью. Это объясняется тем, что в дизелях
хорошо распыленное топливо впрыскивается в воздух,
нагретый за счет сжатия до 500—600 °С. Такие условия
обеспечивают интенсивный прогрев и испарение капель топлива.
Распыливание топлива происходит следующим образом.
Порция топлива, дозированная насосом высокого давления,
впрыскивается в камеру сгорания в сильно завихренный
нагретый воздух, плотность которого в 12—14 раз превышает
плотность окружающего воздуха. На некотором расстоянии от
сопловых отверстий форсунки струя топлива распадается на
отдельные капли, образуя факел распыленного топлива. Общее
число капель в факеле достигает нескольких миллионов, а
размер их колеблется от 3—5 до 100—150 мкм. Распределение
капель в факеле по числу и размерам весьма неравномерное.
По оси факела располагаются более крупные капли,
движущиеся с наибольшей скоростью. К периферии факела плотность
и размер капель, а также их скорость уменьшаются. Качество
распыливания топлива характеризуется числом и размером
капель, длиной (дальнобойность), шириной (в самом широком
месте) и углом конуса факела.
Капли топлива, введенные в горячий воздух,
воспламеняются не сразу после испарения. От начала впрыска топлива до
появления пламени проходит какое-то время. Впрыск топлива и
процесс смесеобразования продолжаются и после появления
пламени в камере сгорания. При этом процесс прогрева и
испарения вновь поступающих капель сильно ускоряется за счет
130

^высокой температуры в процессе сгорания. Одновременно с
ускорением процесса испарения в этот момент происходит и
некоторое ухудшение смесеобразования, поскольку появляются
продукты сгорания, затрудняющие подвод кислорода воздуха
"к испаряющемуся топливу. Это обстоятельство вызывает
необходимость вести рабочий процесс в дизеле с избытком воздуха.
•Тем не менее неоднородность топливовоздушной смеси
является причиной дымления дизелей при относительно небольшом
обыщем коэффициенте избытка воздуха (а<1,35). При работе
, дизеля на максимальной мощности в отработавших газах
появляется много частичек сажи, двигатель начинает сильно «ды-
: мить». То же наблюдается и на переходных режимах работы
-дизеля.
На процессы испарения и смесеобразования влияют
конструктивные особенности двигателя и свойства применяемого топ-
^лива.
Г Современные дизели имеют одну неразделенную камеру
сгорания или камеру с предкамерой, соединенные каналами. Фор-
* ма камер сгорания, число форсунок, форма и размер сопловых
"отверстий, давление и направление впрыска топлива — все эти
'конструктивные факторы, обеспечивающие надлежащее
смесеобразование, выбирают оптимальными с учетом создания в
камере сгорания воздушных потоков, обеспечивающих
завихрение воздуха и перемешивание смеси.
Процессы испарения и смесеобразования в дизеле зависят
от таких свойств топлива, как вязкость, плотность,
фракционный состав, давление насыщенных паров, поверхностное
натяжение, способность паров топлива диффундировать в
окружающую среду, скрытая теплота испарения, теплоемкость.
Увеличение вязкости топлива ведет к укрупнению капель в
факеле, ухудшению распыливания и испарения топлива.
Топлива с большой вязкостью догорают в ходе такта расширения,
снижая экономичность двигателя и повышая дымность
отработавших газов.
При использовании топлив с высокой вязкостью крупные
капли за счет большой кинетической энергии, приобретаемой
при впрыске, увеличивают длину факела, повышая его
дальнобойность. При этом частично топливо попадает на стенки
камеры сгорания, ухудшая процесс смесеобразования.
С другой стороны, топлива с малой вязкостью также
ухудшают процесс смесеобразования. При их распыливании
образуются мелкие капли, скорость которых в плотном воздухе
быстро падает. При укороченном факеле не используется весь
объем камеры сгорания для приготовления однородной
топливовоздушной смеси. И не весь воздух участвует в процессе
смесеобразования, что вызывает избыток топлива и неполное
сгорание в той части камеры сгорания, которая расположена
около форсунки.
9* 131

Плотность дизельных топлив влияет на смесеобразование
примерно так же, как и их вязкость. С повышением плотности
увеличивается дальнобойность факела, снижается
экономичность и растет дымность отработавших газов. Плотность
топлив для быстроходных дизелей должна быть в пределах 820—
860 кг/м3.
Важной характеристикой для распыливания топлива
является поверхностное натяжение: размер капель прямо
пропорционален величине поверхностного натяжения. С утяжелением
фракционного состава топлив, с повышением их плотности
поверхностное натяжение увеличивается. Так, если для бензинов
поверхностное натяжение колеблется в пределах 0,020—
0,024 Н/м, то для дизельных топлив эта величина лежит в
пределах 0,027—0,030 Н/м, а для топлив тихоходных дизелей —
более 0,030 Н/м.
Поверхностное натяжение зависит от содержания в топливе
поверхностно-активных веществ, таких, как смолистые,
сернистые и другие соединения. Чем выше содержание таких
веществ, тем больше поверхностное натяжение на границе с
воздухом. Хорошо очищенные малосернистые топлива имеют
минимальные значения поверхностного натяжения и обеспечивают
хорошее распыливание и смесеобразование.
Фракционный состав дизельных топлив оценивают так же,,
как и фракционный состав бензинов: температурами выкипания
10, 50 и 90% (об.) топлива. За конец кипения принимают
температуру выкипания 96% (об.) топлива. Однако значения
отдельных температур выкипания для оценки эксплуатационных
свойств дизельных топлив и бензинов существенно различны.
Пусковые свойства дизельных топлив в какой-то мере
характеризует лишь температура выкипания 50% (об.) топлива.
Применение очень легких топлив при низких температурах воздуха
не облегчает, а наоборот, затрудняет пуск двигателя. Дело в
том, что на испарение большого количества легких фракций
топлива затрачивается тепло, вследствие чего снижается
температура в конце сжатия и скорость протекания предпламен-
ных реакций уменьшается.
Высокая температура выкипания 90 и 96% (об.) топлива
свидетельствует о присутствии тяжелых фракций, которые
могут ухудшить смесеобразование и тем самым снизить
экономичность дизеля и увеличить дымность отработавших газов.
В настоящее время в связи с широкой дизелизацией
автомобильного парка и ростом потребности в дизельных топливах
изучаются вопросы расширения ресурсов таких топлив в
результате изменения их фракционного состава как за счет
повышения температуры конца кипения, так и за счет снижения
температуры начала кипения.
Снижение температуры начала кипения дизельных топлив
возможно до 80 и даже 60 °С. При работе на топливе с темпе-
132

ратурой начала кипения ниже 60 °С могут образовываться
паровые пробки в системе питания. Для производства топлив,
состоящих примерно из 40% бензиновых фракций и 60%
стандартного дизельного топлива, требуются меньшие объемы
процессов гидроочистки и депарафинизации, чем при
производстве обычного дизельного топлива с таким же содержанием серы
и с той же температурой застывания. Себестоимость такого
топлива ниже себестоимости бензинов на 20—25% и ниже
себестоимости гидроочищенного дизельного топлива на 15—20%.
Топлива подобного фракционного состава в настоящее время
получают из некоторых газоконденсатов и используют в
отдаленных северных и северо-восточных районах страны, куда
затруднена доставка стандартного дизельного топлива.
Второе направление расширения ресурсов дизельных
топлив— повышение температуры конца кипения. Такие топлива
получили название утяжеленных. Лабораторные эксперименты
и первые испытания свидетельствуют о том, что можно
увеличить ресурсы дизельного топлива на 3—4% за счет повышения
температуры конца кипения, т. е. путем более глубокого отбора
из нефти прямогонных фракций с температурой выкипания на
25—30 °С выше температуры выкипания стандартного
дизельного топлива.
Облегчение фракционного состава за счет введения
бензиновых фракций, как показали испытания, способствует
улучшению эксплуатационных свойств топлив с повышенной
температурой конца кипения. Таким образом при значительной дизели-
зации автомобильного парка весьма перспективным будет
использование единого дизельного топлива с температурой начала
кипения 60—80 °С и температурой перегонки 90% (об.) —
360 °С.
На процесс смесеобразования влияет способность паров
топлива диффундировать в окружающий воздух. Однако в
дизелях, имеющих более высокую степень сжатия и сильную турбу-
лизацию воздуха, этот показатель не столь существен, как в
карбюраторных двигателях. Скрытая теплота испарения и
теплоемкость топлива также влияют на работу дизеля в меньшей
степени, чем на работу карбюраторного двигателя. Это
связано, в первую очередь, с большим перепадом температур при
впрыскивании топлива в дизеле. Величина скрытой теплоты
испарения дизельных топлив оказывает влияние главным
образом в период пуска двигателя, вызывая снижение температуры
в конце такта сжатия.
Все дизельные топлива, вырабатываемые промышленностью,
практически очень близки по значениям поверхностного натя-
•жения, коэффициента диффузии, скрытой теплоты испарения,
теплоемкости и некоторых других физических свойств.
Возможности улучшения процесса смесеобразования за счет
применения топлив с лучшими физическими свойствами весьма
ограничены.
133

5.2. ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ГОРЮЧЕСТЬ
Особенности воспламенения и сгорания топлив в дизелях
легче понять при рассмотрении индикаторной диаграммы (рис. 22),
на которой даны изменения давления р, скорости подачи
топлива vT и средней температуры газов t в зависимости от угла
поворота коленчатого вала ф.
Подача топлива начинается за 10—20° поворота коленчатого
вала до в. м.т. и может заканчиваться как до этой точки, так
и после нее. Угол между началом впрыскивания топлива
(точка 1) и в. м.т. называют углом опережения впрыска фвп. В те-
.чение некоторого времени после начала впрыска топлива в
камеру сгорания воспламенения топливовоздушной смеси не
происходит. Давление в камере сгорания продолжает плавно
увеличиваться за счет движения поршня вверх. В этот
период происходит прогрев капель топлива и их испарение.
Углеводороды топлива под действием высокой температуры
подвергаются окислению кислородом воздуха. Вначале окисление
углеводородов идет с образованием активных промежуточных
соединений. Этот процесс сопровождается выделением тепла,
и при этом резко возрастает скорость окисления других
молекул углеводородов. Такое самоускорение реакций окисления
приводит к возникновению в отдельных местах камеры сгорания
очагов воспламенения. Во многих случаях самовоспламенение
дизельных топлив протекает в две стадии: собственно
воспламенению (образованию очагов горячего пламени) предшествует
появление холодного пламени.
Появление очагов горячего пламени сопровождается
повышением давления и температуры газов в камере сгорания.
Точку 2 (см. рис. 22), в которой линия повышения давления
отрывается от линии сжатия, условно принимают за начало
сгорания, а интервал времени xi (в градусах поворота коленчатого
вала) между точками 1 и 2 — за период задержки
воспламенения, или индукционный период. В случае двухстадийного
самовоспламенения общий период задержки xi состоит из периода
задержки холодного пламени ti
и второго периода задержки Т2.
Топливовоздушная смесь в
камере сгорания дизельного
двигателя никогда не бывает
однородной по температуре, поэтому
развитие предпламенных
реакций всегда протекает
неодинаково в отдельных ее частях. В
результате самовоспламенение сме-
6м т 20 40 60
^ Угол поборота коленчатого дала ' '
Рис. 22. Индикаторная диаграмма
дизельного двигателя (пояснения в
тексте).
134

си происходит не одновременно во всей массе смеси, а в первую
очередь в отдельных очагах и далее распространяется на
смежные объемы. В связи с этим время общей задержки
воспламенения складывается из времени, затрачиваемого на распад
топливной струи на капли, частичное их испарение и смешение
даров топлива с воздухом — физическая составляющая ТфИЗ —
и из времени, необходимого для завершения предпламенных
реакций и формирования очагов самовоспламенения —
химическая составляющая тХИм. Естественно, что ТфИЗ существенно
зависит от конструкционных особенностей двигателя, поэтому
одно и то же топливо в разных двигателях имеет разную
длительность периода задержки воспламенения. Период задержки
воспламенения является как бы подготовительной фазой процесса
сгорания. Собственно процесс сгорания начинается в точке 2
(см. рис. 22). Условно его разделяют на три фазы.
К моменту окончания периода аадержки значительная
часть впрыснутого топлива успевает испариться и
начавшийся процесс сгорания охватывает все новые и новые порции
смеси. Продолжающее поступать топливо быстро сгорает по мере
его испарения и смешения паров с воздухом, причем
воспламенение в этот период происходит преимущественно за счет
смешения с горячими продуктами сгорания ранее поданного
топлива. Этот период, называемый периодом быстрого сгорания,
характеризуется резким нарастанием давления и температуры в
, камере сгорания. За момент окончания первой фазы процесса
сгорания условно принимают точку максимума давления на
индикаторной диаграмме — точка 3.
После фазы быстрого сгорания наступает фаза
замедленного горения, в течение которой давление меняется
незначительно. В этот период времени прекращается подача топлива,
однако процесс сгорания продолжается и температура газов
растет. Некоторое снижение давления в период второй фазы
объясняется увеличением объема камеры сгорания вследствие
движения поршня. Момент окончания второй фазы принято
определять по точке максимума температуры цикла — точка 4.
Процесс сгорания не заканчивается в точке 4. Уже на
линии расширения происходит догорание остатков несгоревшего
топлива и продуктов его неполного сгорания, образовавшихся в
зонах местного переобогащения смеси. Скорость догорания
определяется скоростью диффузии и турбулентного движения
остатков топлива с воздухом. Фаза догорания захватывает
значительную часть такта расширения (до 70—80° угла поворота
коленчатого вала после в.м.т.). Характер протекания фазы
Догорания в большой степени определяет дымность и
токсичность отработавших газов двигателя.
Свойства применяемого топлива оказывают влияние
практически на все фазы сгорания, но в наибольшей мере на
подготовительную фазу — период задержки воспламенения. Влияние
свойства топлива на одну из составляющих общего периода за-
135

держки Тфиз мы рассмотрели выше. Рассмотрим теперь
влияние свойств топлива на вторую составляющую — тХим-
Длительность периода задержки воспламенения в
значительной мере определяет последующее течение всего процесса
сгорания. При большой длительности периода задержки
возрастает количество введенного топлива к моменту его
воспламенения, увеличивается количество испарившегося топлива,
улучшается однородность топливовоздушной смеси и степень ее
химической подготовки. Поэтому начавшийся процесс сгорания
идет весьма интенсивно с участием большого объема хорошо
подготовленной смеси. В этом случае в первой фазе сгорания
резко возрастает скорость нарастания давления на каждый
градус поворота коленчатого вала двигателя — появляются
характерные стуки. Такую работу двигателя называют жесткой.
Если давление в камере сгорания увеличивается при повороте
коленчатого вала на один градус не более чем на 0,4—0,6 МПа
(для различных двигателей эта величина не одинакова), то
двигатель работает мягко. Большие величины приращения
давления соответствуют жесткой работе.
При жесткой работе возникают ударные нагрузки на
поршень, увеличивается максимальное давление на подшипники,
вызывая их ускоренный износ, а иногда и механическое
разрушение. Жесткая работа дизельного двигателя может
сопровождаться деформацией поршневых колец (вплоть до их
поломки) и прорывом в картер значительного количества газов.
Уменьшение длительности задержки воспламенения при
прочих равных условиях обусловливает более плавное
изменение давления, т. е. более мягкую работу двигателя. Однако
чрезмерное сокращение периода задержки воспламенения
ведет к уменьшению полноты сгорания. При коротких задержках
воспламенения процесс сгорания начинается сразу после
начала подачи топлива и большая его часть впрыскивается не в
воздух, а в продукты сгорания. Капли топлива при этом
быстро испаряются, не успевая достигнуть тех зон камеры
сгорания, в которых кислород воздуха еще не израсходован.
Процесс смесеобразования резко ухудшается, следовательно
падают мощность и экономичность двигателя.
Топлива в зависимости от их состава различны по
длительности периода задержки воспламенения. Нормальное
течение процесса сгорания обеспечивается при использовании
топлива с оптимальной длительностью периода задержки
воспламенения.
Для стандартной характеристики топлив по длительности
периода задержки воспламенения пользуются специальной
установкой с одноцилиндровым двигателем ИТ9-3. Двигатель
установки с переменной степенью сжатия работает с
постоянной частотой вращения коленчатого вала и при строго
стандартизованных остальных условиях.
136

30 tO 50 60
Цетанодов число
70
ряс. 23. Зависимость периода
задержки воспламенения (/),
скорости нарастания давления
(2) и удельного расхода
топлива в двигателе (3) от
цетанового числа топлива.
Определение
воспламеняемости дизельных
топлив на установке
ИТ9-3 заключается в
сравнении испытуемого
Образца топлива с
эталонными топливами,
воспламеняемость
которых известна. В качестве эталонных топлив применяют два
Индивидуальных углеводорода: цетан (я-гексадекан Ci6H34) и
»-метилнафтал«н (СиНю). Цетан имеет малый период
задержки самовоспламенения и его воспламеняемость принята за
100 единиц, а а-метилнафталин имеет большой период
задержки и его воспламеняемость принята за 0. Смеси цетана с а-ме-
тилнафталином в различных соотношениях обладают разной
воспламеняемостью.
Оценивают воспламеняемость топлива следующим образом.
.При работе на испытуемом топливе изменением степени
сжатия двигателя добиваются такого положения, чтобы при
впрыске, за 13° поворота коленчатого вала (ПКВ) до в. м.т.
сгорание смеси начиналось ровно в в. м. т., т. е. чтобы период
задержки воспламенения равнялся бы 13°. Затем подбирают такую
емесь цетана и а-метилнафталина, которая при этой же
степени сжатия обладает таким же периодом задержки
воспламенения (13°). Содержание цетана в такой смеси, выраженное
в % об., принимают за цетановое число испытуемого топлива.
Например, если испытуемое топливо в камере сгорания
одноцилиндрового двигателя воспламеняется так же, как смесь 45%
цетана и 55% а-метилнафталина, то данное дизельное
топливо имеет цетановое число 45.
Цетановое число топлива (ЦЧ) определяет скорость
химических процессов подготовки смеси к воспламенению и
поэтому характеризует только одну из составляющих общего
периода задержки воспламенения — тХИм. При испытаниях разных
топлив на одном и том же двигателе, когда Тфиз остается
постоянной величиной, с увеличением цетанового числа топлив
сокращается период задержки воспламенения и уменьшается
скорость нарастания давления в цилиндре двигателя (рис. 23).
Из рис. 23 видно, что товарные дизельные топлива должны
иметь цетановое число в определенных оптимальных пределах.
Применение топлив с цетановым числом менее 40 обычно
приводит к жесткой работе двигателя. Повышение цетанового
числа выше 50 единиц также нецелесообразно, так как возраста-
137

20 25 30 35 HX-20Q 200-250 250-300 300-350 350-400 Ш500
Содержание ароматических угле5одородо§}% Пределы 6ыкипания,°С
Рис. 24. Зависимость цетанового числа дизельного топлива от содержания
ароматических углеводородов (а) и температуры выкипания узких
фракций (б):
1—4 — образцы дизельных топлив различных заводов.
ет удельный расход топлива вследствие уменьшения полноты
сгорания.
Цетановое число зависит от содержания и строения
углеводородов, входящих в состав дизельного топлива.
Воспламеняемость углеводородов различных классов существенно
различна. Алканы и олефины термически менее устойчивы, быстро
распадаются и окисляются с образованием пероксидов и
других легковоспламеняющихся продуктов неполного окисления.
Поэтому цетановые числа алканов самые высокие, причем
наибольшие цетановые числа имеют соединения нормального
строения. Углеводороды с одной или несколькими боковыми
цепями обладают меньшими цетановыми числами.
Для окисления ароматических углеводородов необходимы
более высокая температура и больший промежуток времени,
Поэтому их цетановые числа, как правило, невелики. Особенно
низкие цетановые числа имеют бициклические ароматические
углеводороды.
Увеличение числа углеродных атомов в молекулах
углеводородов ведет к росту цетанового числа. Преобладание тех или
иных углеводородов в составе дизельного топлива определяет
его цетановое число. С увеличением содержания ароматических
углеводородов цетановое число дизельных топлив
уменьшается (рис. 24, а).. Цетановые числа высококипящих фракций
дизельного топлива, как правило, выше цетанового числа низко-
кипящих (рис. 24, б).
Зависимость цетановых чисел от содержания ароматических
углеводородов и от плотности топлив легла в основу создания
эмпирической формулы для оценки воспламеняемости топлив
расчетным путем. Введено понятие «дизельный индекс» ДИ,
который вычисляют по известной плотности топлива при 15°С
(р415) и анилиновой точке (taib °C):
mT (1,Ман+32)(141,5-131,5р41В)
^И~ 100p4i*
138

Анилиновой точкой называют ту наименьшую температуру,
при которой определенная концентрация анилина полностью
растворяется в соответствующем объеме топлива. Чем ниже
содержание ароматических углеводородов в топливе, тем
выше его анилиновая точка. Например, для цетана она равна
94,4 °С, для а-метилнафталина — минус 17,8 °С. Плотность
топлива в этой формуле характеризует его фракционный состав,
а также содержание ароматических углеводородов, плотность
которых выше плотности алканов и нафтенов.
Установлена зависимость между цетановым числом и
дизельным индексом; она выражается следующими числами:
Дизельный индекс
Цетановое число
20 30 40 50 62 70 80
30 35 40 45 55 60 80
Кроме дизельного индекса предложено еще несколько
эмпирических зависимостей для нахождения цетанового числа:
по средней температуре кипения топлива, по его групповому
углеводородному составу, вязкости и т. д. Однако точность
расчетных методов невысока, и они не находят пока
практического применения.
При рассмотрении влияния углеводородного состава на це-
тановое число топлив можно заметить, что углеводороды,
имеющие высокие цетановые числа, обладают низкой
детонационной стойкостью, т. е. октановые числа их невелики. На этом
основании выведена эмпирическая зависимость цетанового
числа (ЦЧ) топлива от его октанового числа (04):
ЦЧ = 60 — 04/2'
Чем выше октановое число топлива, тем ниже его цета-
новое число и наоборот. Поэтому добавление в дизельное
топливо бензиновых фракций всегда ведет к снижению его
цетанового числа.
Для повышения цетанового числа дизельных топлив можно
использовать специальные присадки. Из всех изученных
соединений наиболее эффективными
(рис. 25) оказались
некоторые пероксидные соединения
и алкилнитраты (соединения,
отвечающие общей формуле
RONO2, где R — радикал,
например этил, изопропил, пен-
тил). Пероксидные
соединения обычно при хранении
топлив подвергаются дальнейше-
Рис 25. Изменение цетанового
числа топлив от содержания присадки:
1 — пероксид ацетона; 2 — изопентилнит- ~ , -, п,
рат; з-этилнитрат. Содержание присадки,0'^
139

.100
20-
Рис. 26. Зависимость продолжительности пуска
дизельного двигателя от цетанового числа (а) и
температуры выкипания 50% (об.) топлива (б):
а) двигатель ЯАЗ-204, температура воздуха минус 15—
17 °С; 1 — пуск двигателя; 2 — первая вспышка; 6)
цифры над точками — цетановые числа.
0
б
-
50 J
/
1
529
i
1
I
200 225 250 275 300
Температура быкипания
50% топли6а,°С
му окислению и их эффективность падает, поэтому
практического применения они не получили. В качестве присадки к
дизельным топливам в небольших концентрациях применяют изопро-
П'И л нитрат.
Цетановое число характеризует пусковые свойства
дизельных топлив: с увеличением цетанового числа пуск двигателя
облегчается (рис. 26, а). Однако это справедливо для топлив,
лишь незначительно различающихся по фракционному составу.
При большой разнице во фракционном составе тяжелое
топливо с высоким цетановым числом часто оказывается хуже по
пусковым свойствам, чем легкое топливо с более низким
цетановым числом (рис. 26, б).
Пусковые свойства — важная, но не решающая
эксплуатационная характеристика дизельного топлива. Если для
карбюраторного двигателя минимальная частота прокручивания
коленчатого вала при пуске лежит в пределах 30—50 об/мин,
то для дизельного двигателя она должна быть не менее 100—
300 об/мин, так как только при этом условии в камерах
сгорания может быть достигнута температура самовоспламенения
топлива. Обеспечить столь высокую частоту вращения
коленчатого вала дизельных двигателей, как правило, можно с
помощью различных вспомогательных пусковых устройств или
средств (сжатый воздух, бензиновые пусковые двигатели,
пусковые жидкости, подогреватели, стартеры и т. д.).
5.3. ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ
В современных дизелях топливо к форсункам подают и
дозируют насосы плунжерного типа. Гильза и плунжер являются
прецизионной парой с диаметральным зазором 0,002—0,003 мм.
Вязкость топлив должна быть такой, чтобы обеспечить
минимальное подтекание топлива через зазоры и смазку
прецизионных пар топливного насоса. Эти соображения ограничивают
минимально допустимый уровень вязкости дизельных топлив.
140

Топлива с высоким уровнем вязкости обычно имеют плохие
низкотемпературные свойства и их применение при
отрицательных температурах воздуха вызывают осложнения, главным об-
,разом при подаче топлива в двигатель.
5.3.1. Низкотемпературные свойства
Известно, что вязкость всех дизельных топлив с понижением
температуры возрастает (рис. 27). Однако, как показали
испытания, снижение температуры топлива и соответствующее
повышение его вязкости в некоторых пределах лишь
незначительно влияет на производительность подкачивающего насоса:
Температура топлива, °С
Производительность насоса, кг/ч
+ —30 —40 —50
850 830 810 300
Резкое уменьшение производительности насоса
наблюдалось только при охлаждении ниже —40 °С. Для сохранения
постоянным расхода подаваемого топлива при низких
температурах необходимо некоторое повышение избыточного
давления, создаваемого насосом:
Температура топлива, °С +14 —20 —32 —41
Избыточное давление, создаваемое 0,04 0,04 0,06 0,08
насосом, МПа
Опыт показывает, что повышение сопротивления на участке
от подкачивающего насоса до насоса высокого давления даже
при значительных повышениях вязкости не вызывает
затруднений с подачей топлива. Основные нарушения в системе
подачи при низких температурах связаны с температурой
помутнения и застывания топлива.
В отличие от бензинов в составе дизельных топлив может
быть довольно много углеводородов с высокой температурой
плавления. К их числу, в первую очередь, относятся алканы
нормального строения. При понижении температуры самые вы-^
сокоплавкие углеводороды выпадают из топлива в виде
кристаллов различной формы, и
топливо мутнеет. Возникает,
опасность забивки фильтров''
кристаллами парафинов. По-
этому принято считать, что
температура помутнения ди-
зельных топлив должна быть
несколько ниже температуры g
применения. Однако топлива §
хорошо прокачиваются и при ~
температурах ниже темпера-
Рис. 27. Зависимость вязкости
дизельных топлив от температуры:
/ — летнее топливо; 2 — зимнее топливо.
0 -20 -40
Температура, °С
-60
141

туры помутнения. Если топливный фильтр стоит в подкапотном
пространстве и подогревается за счет тепла, излучаемого
двигателем, температура окружающей среды, при которой
возможно применение топлива, может оказаться значительно ниже
температуры его помутнения.
При дальнейшем охлаждении помутневшего топлива
выпавшие кристаллы высокоплавких углеводородов начинают
сращиваться, образуя пространственную решетку, в ячейках
которой остаются жидкие углеводороды. При определенной
температуре образующаяся структура настолько упрочняется, что
топливо теряет текучесть. Температурой застывания называют
температуру, при которой налитое в пробирку дизельное
топливо при охлаждении в определенных условиях достигает
такого состояния, что не изменяет положения мениска в течение
одной минуты при наклоне пробирки на 45°.
Температура застывания дизельного топлива — это
величина условная и служит лишь известным ориентиром для
определения возможных условий применения топлива. При
перекачке топлива под давлением кристаллическая структура
высокоплавких углеводородов может быть механически разрушена,
и топливо на какой-то период приобретает текучесть при
температуре ниже температуры застывания. В частности,
приведенные выше цифры по производительности подкачивающего
насоса для различных температур и давлений получены при
использовании топлива с температурой застывания —30 °С. Но
фактически это топливо прокачивалось до температуры —50 °С.
Следует отметить, что разрушенная кристаллическая структура
топлива быстро восстанавливается.
В настоящее время в СССР и ряде стран за рубежом
стандартизован метод определения предельной температуры
Воздух
Воздух
К вакуум-
насосу
фильтруемости топлив. Это
температура, при которой
топливо после охлаждения
в определенных условиях
способно еще проходить
через фильтр с установленной
скоростью. Оценивают
предельную температуру филь-
труемости с помощью
прибора, схема которого пред-
Рис. 28. Прибор для определения
предельной температуры фильт-
руемости:
/ — фильтр; 2 — сосуд для топлива;
3 — бюретка; 4 — пробка корковая; 5 —
крышка; 6 — сосуд-рубашка; 7 — сосуд
для охлаждающей смеси; 8 —
резервуар постоянного вакуума; 9 — трубка
стеклянная для сообщения с
атмосферой.
142

Таблица 24. Эффективность действия депрессорных присадок
к дизельным топливам
Дизельное топли-
во+0,05% присадки
Топливо № 1
То же + присадка
Топливо № 2
То же + присадка
Топливо № 3
То же + присадка
Температура, °С
помутнения
—10
—11
—22
—22
—6
—6
застывания
— 14
—37
—35
—44
—13
—28
фильтруемости
—10
—21
—30
—40
—8
—20
ставлена на рис. 28. Испытуемое топливо при небольшом
вакууме (200 мм вод. ст.) засасывают через стандартную
металлическую сетку (№ 004), зажатую в патроне, в стеклянную бюретку
емкостью 20 мл. Испытания проводят последовательно,
охлаждая топливо на один градус. Ту температуру, при которой
прекратится фильтрование топлива или время заполнения бюретки
превысит 60 с, и принимают за предельную температуру
фильтруемости.
Исследования показывают, что предельная температура
фильтруемости дизельных топлив обычно бывает ниже
температуры помутнения, но выше температуры застывания.
Однако положение ее в этом интервале может быть различным:
либо ближе к температуре помутнения, либо — к температуре
застывания. Работы по сопоставлению предельной
температуры фильтруемости с поведением топлива в эксплуатации
продолжаются.
Улучшение низкотемпературных свойств дизельных топлив
достигают двумя способами. Первый из них связан с
удалением из топлива высокоплавких алканов нормального
строения. Извлечение таких углеводородов осуществляют на
нефтеперерабатывающих заводах с помощью цеолитов, комплексооб-
разования с карбамидом и т. д.
Второй путь — добавление в дизельные топлива присадок,
названных депрессорными. Эти присадки существенно
снижают температуру застывания и предельную температуру
фильтруемости топлив и практически не изменяют температуру
помутнения. В качестве депрессорных присадок испытаны многие
соединения, но наиболее эффективные найдены среди
соединений полимерного типа. Промышленное применение получили
сополимеры этилена с винилацетатом. Эффективность действия
депрессорных присадок видна из данных табл. 24.
Механизм действия депрессорных присадок в топливах
полностью не выяснен, а выдвинутые предположения проверяются
и обсуждаются. Одни исследователи считают, что депрессор,
адсорбируясь на образующихся кристаллах парафинов,
«закрывает» их поверхность и тем самым препятствует их агрегации с
формированием жесткого каркаса. Другие ученые полагают,
143

что присадки оказывают действие при совместной
кристаллизации с парафинами. Возможно, действие присадок направлено
на изменение толщины сольватных оболочек
кристаллизующихся надмолекулярных структур. Так или иначе, но улучшение
низкотемпературных свойств дизельных топлив с помощью
депрессорных присадок экономически выгодно и весьма
перспективно.
Нарушения работы топливоподающей системы дизелей при
низких температурах возможны также вследствие выпадения
кристаллов льда. Однако растворимость воды в дизельных
топливах меньше, чем ее растворимость в бензинах и
керосинах (см. табл. 4), и каких-либо мер борьбы с этим явлением
в дизелях не принимают. В некоторых конструкциях дизелей
топливо частично возвращается после насоса и форсунки в
топливный бак. При этом все топливо в баке немного
нагревается, и осложнения, вызванные низкотемпературными свойствами
дизельных топлив, относятся только к периоду пуска дизеля.
5.3.2. Влияние загрязнений и механических примесей
Во время транспортирования, хранения и применения в
дизельных топливах накапливаются загрязняющие примеси. Размеры
частиц таких примесей в дизельном топливе обычно достигают
50—60 мкм и состоят они на 30—70% из неорганической части
и на 30—70% из органической. Содержание примесей
находится в прямой зависимости от запыленности воздуха и сезона
эксплуатации и колеблется от нескольких граммов до 400 г на
1 т топлива. При работе дизеля в условиях сильного запыле-
ния воздуха содержание механических примесей в топливном
баке к моменту его выработки в 2—3 раза больше, чем в
момент заправки.
Отмечено, что в эксплуатации от 30 до 95% всех отказов
дизелей происходит по вине системы питания. Причиной
половины всех отказов систем питания двигателей является
загрязнение топлива. Особенно опасны загрязняющие примеси для
дизелей, где прецизионные пары — плунжер и гильза, игла и
распылитель — имеют очень высокую чистоту поверхности и
малую величину диаметрального зазора. Абразивное
изнашивание прецизионных пар увеличивает зазор между гильзой и
плунжером, в результате чего снижается давление впрыска,
возрастает утечка топлива и ухудшается качество его распы-
ливания. Примеси, попадая под иглу форсунки, нарушают
плотность посадки иглы на седло распылителя, вызывают
подтекание топлива и дымление дизеля. Твердые частицы примесей,
проходя с большой скоростью через сопла форсунок,
царапают их, вызывая изменение формы и размеров. В изнашивании
прецизионных пар топливной аппаратуры дизелей могут
участвовать частицы любого размера. Однако наиболее опасны
частицы размером 6—12 мкм (рис. 29).
144

20
О 5 10 15 2Q 2S
Размер частиц tMKtf
Рис. 29. Зависимость утечки топлива че-
рез зазоры в плунжерной паре топливного
насоса от размера абразивных частиц.
Для предотвращения загрязне- 1
ния топлив в период транспортиро- §
вания, хранения и выдачи потреби- |
телям предусмотрена система rep- ^
метизации топливных емкостей и
фильтрования топлива при
перекачках. Непосредственно на
автомобилях, тракторах и других видах
техники предусмотрена многоступенчатая очистка топлива:
предварительная— в топливном баке, грубая — в фильтрах грубой
очистки, окончательная — в фильтрах тонкой очистки; в
некоторых случаях имеется очистка в предохранительных фильтрах
«безопасности». На топливных баках в крышках горловин
помещают различные фильтрующие набивки для очистки воздуха,
поступающего в топливный бак, от примесей.
Наиболее распространенным материалом фильтрующей
перегородки в фильтре тонкой очистки дизельного топлива
является высокопористая бумага, пропитанная смолами. Такой
фильтр имеет относительно небольшую стоимость и
обеспечивает необходимую очистку топлива.
В товарных дизельных топливах обязательно
ограничивается содержание воды и механических примесей (в
соответствии с техническими условиями). Кроме того, в стандарт на
топливо введен такой показатель, как коэффициент
фильтруемости Кф", он характеризует присутствие в топливе всех видов
загрязнений. Коэффициент фильтруемости
определяют на специальном приборе (рис.
30), в котором оценивают степень забивки
бумажного фильтра при фильтровании
испытуемого топлива. Коэффициентом
фильтруемости называют отношение времени
фильтрования последних 2 мл (десятой
порции) ко времени фильтрования первых 2 мл
топлива. Для товарных топлив Кф не
должен превышать 3.
Коэффициент фильтруемости зависит от
содержания механических примесей, воды,
натриевых мыл нафтеновых кислот и
смолистых продуктов окисления. С
увеличением содержания в топливе механических
Рис. 30. Прибор для определения коэффициента
фильтруемости:
1 — воронка стеклянная цилиндрическая; 2 — трубка
стеклянная градуированная; 3 — корпус фильтра; 4 — кран
стеклянный; 5 — стакан.
10—1354
145

примесей, воды и смолистых продуктов окисления коэффициент
фильтруемое™ возрастает. Натриевые мыла нафтеновых кислот
могут оставаться в топливе при недостаточной водной промывке
;после щелочной очистки. Мыла представляют собой
студенистую массу, способную забивать бумажные фильтрующие
элементы.
Норма на коэффициент фильтруемости дизельного топлива
позволяет ограничить содержание всех загрязнителей и
поверхностно-активных веществ, которые закупоривают поры
бумажных фильтров и мешают работе топливной аппаратуры
дизелей.
5.4. СТАБИЛЬНОСТЬ И СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ
ОТЛОЖЕНИЙ
Стабильность и образование отложений в топливных системах.
Современные товарные дизельные топлива представляют собой
среднедистиллятные нефтяные фракции с высокой физической
стабильностью. Температура начала кипения товарных
дизельных топлив лежит в пределах 180—200 °С и давление
насыщенных паров при обычных температурах не превышает 1 кПа
(1 Па = 7,5024-Ш"3 мм рт. ст.). В связи с этим потери
дизельных топлив от больших и малых дыханий резервуаров
невелики и составляют порядка 1,5 кг в год с 1 м3 паровоздушного
пространства.
При смешении дизельных топлив различного происхождения
отмечены случаи нарушения однородности смеси за счет
выпадения смолистого осадка. Это можно предположительно
объяснить изменением растворяющей способности углеводородной
среды, изменением структуры сольватных оболочек
высокомолекулярных соединений и рядом других причин. Однако каких-
либо мер борьбы с этим явлением не разработано.
Химическая стабильность товарных отечественных
дизельных топлив довольно высокая. Как правило, они могут
храниться с незначительным изменением качества в течение 3—
5 лет.
Большую часть дизельных топлив у нас в стране
получают прямой перегонкой нефти с последующей гидроочисткой.
Лишь на некоторых заводах в товарное топливо вовлекают
небольшое количество каталитического газойля и, как правило,
после его гидроочистки.
Дизельные топлива непосредственно перед впрыском в
цилиндр двигателя могут подвергаться нагреву до 150—180 °С,
а в некоторых конструкциях дизелей и до более высоких
температур. Окисление топлива при столь высоких температурах
может сопровождаться образованием твердых осадков в топливе
и смолистых отложений на деталях форсунок. Результаты
оценки термической стабильности дизельных топлив по массе обра-
146

1
23
12
2
43
16
3
110
14
4
63
39
5
340
41
6
78
20
зовавшегося осадка и изменению кислотности за 5 ч окисления
при 150 °С следующие:
Номер образца
Масса осадка, мг/100 см3
Увеличение кислотности, мг
КОН/100 мл
Разработаны методы оценки термической стабильности
дизельных топлив, связанные с определением склонности к
образованию отложений на форсунках. Создан так называемый
форсуночный стенд, позволяющий определять толщину
смолисто-лаковых отложений на игле распылителя, массу отложений
на щелевых фильтрах и усилие извлечения иглы из корпуса
распылителя после прокачки топлива через форсунку.
Склонность к нагарообразованию. При сгорании топлив в
дизелях на стенках камеры сгорания и выпускных клапанах
отлагается нагар. Нежелательные последствия отложения
нагара в дизелях оцениваются несколько иначе, чем в
карбюраторных двигателях. Теплоизолирующее действие нагара и его
объемное влияние на степень сжатия для дизельного двигателя не
имеют такого решающего значения, как для карбюраторного.
Отложение нагара на выпускных клапанах дизельного
двигателя ведет к нарушению их посадки и потере герметичности.
Обрастание нагаром продувочных окон ухудшает газообмен в
двухтактных двигателях.
Основные же отрицательные последствия в дизельных
двигателях связаны с образованием нагара и отложений на
форсунках. Наличие нагара на распылителях вызывает
искривление факела, ухудшение качества распыливания, появление
дымного выпуска отработавших газов и снижает экономичность
двигателя. Попадание частичек нагара под иглы распылителей
форсунок приводит к их зависанию, т. е. такому положению,
когда игла не плотно садится в свое гнездо и не перекрывает
канала распылителя форсунки. В результате этого топливо
подтекает, падает мощность и экономичность двигателя,
появляется дымный выпуск отработавших газов. Характер отложений
на различных деталях камер сгорания неодинаков. На днищах
поршней и стенках головки цилиндров нагар более плотный,
довольно твердый, темно-серого цвета, нерастворимый в
различных растворителях.
На иглах форсунок нагар обычно более мягкий, смолистый,
соломенного цвета. Иногда отложения на иглах форсунок по
внешнему виду похожи на лак, такие же отложения и на
боковых поверхностях поршней.
Нагарообразование в дизельных двигателях протекает
неравномерно по времени. В первые часы работы двигателя этот
процесс идет интенсивно (рис. 31), затем несколько
замедляется, достигая равновесного состояния (масса образующегося
нагара примерно равна массе выгорающего нагара).
10* 147

200 -
^ 8 10
Мнительность роботы, ч
/4
70 8Q 30 100
Содержание стл,мг/Ю0м/?
Рис. 31. Зависимость нагарообразования (массы нагара) в дизеле от
длительности его работы:
1 — дизельное топливо; 2 — керосин.
Рис. 32. Зависимость массы нагара, образующегося на поршнях и кольцах
дизелей, от содержания фактических смол в топливе:
1 — двигатель Д-35; 2 — двигатель ЯАЗ-204.
Нагарообразование, кроме конструктивных факторов и
режима работы двигателя, зависит от качества применяемых топ-
лив. Среди физико-химических свойств на образование
отложений влияют такие характеристики, как фракционный состав,
общее содержание сернистых соединений и содержание меркап-
тановой серы, природа и концентрация алкенов и
ароматических углеводородов, содержание и характер смолистых веществ.
Более тяжелые дизельные топлива образуют больше
нагара. Так, если облегченные дизельные топлива типа керосинов
(пределы выкипания от 130 до 280 °С) в определенных
условиях дают 100—140 мг нагара на 1 кг топлива, то в аналогичных
условиях товарные дизельные топлива (пределы выкипания
от 160 до 360 °С)—245—265 мг/кг, нагара, а топлива
утяжеленного фракционного состава (выкипающие до 400—420 °С) —
около 360 мг/кг.
Чем выше содержание серы в топливе, тем больше нагара
и лака получается при его сгорании (табл. 25). Сера,
содержащаяся в топливе, влияет не только на массу
образующегося нагара, но и на его свойства. Сернистые соединения,
накапливаясь в нагаре, повышают его плотность:
Содержание серы, %
в топливе
в нагаре
Плотность нагара, г/см3
0,08
1,0
0,03
1,50
9,0
0,50
Влияние серы на нагарообразование является одной из
причин ограничения ее содержания в товарных дизельных топли-
148

вах. При сгорании гидроочищенных топлив нагарообразование
снижается в 1,5—2,0 раза.
Среди сернистых соединений, присутствующих в дизельных
топливах, наибольшее влияние на нагарообразование
оказывают меркаптаны. В присутствии меркаптанов ускоряется
окисление нестабильных соединений дизельного топлива и тем самым
увеличивается скорость образования отложений. Поэтому
содержание меркаптановой серы в товарных дизельных топливах
не должно превышать 0,01%- Удаление меркаптанов из
сернистого дизельного топлива приводит к тому, что в 2—5 раз
уменьшается толщина лаковых пленок на иглах, а температура
начала осмоления игл распылителей форсунок повышается на
25—30 °С.
Среди углеводородов, содержащихся в дизельных топливах,
на процесс нагарообразования в большей степени влияют алке-
ны и ароматические углеводороды. Влияние ароматических
углеводородов можно видеть на примере смесей индивидуальных
углеводородов — цетана и а-метилнафталина. Масса нагара,
снятого с нагарника установки ИТ9-3, равна (в мг/кг):
Цетан
80% цетана + 20% а-метилнафталина
60% цетана + 40% а-метилнафталина
40% цетана + 60% а-метилнафталина
110
125
215
230
С увеличением содержания ароматических углеводородов
склонность топлив к нагарообразованию возрастает.
Существенную роль в процессе нагарообразования играют
алкены, в частности олефины. В топливах, полученных прямой
перегонкой нефти, их содержание невелико. Добавление к топ-
Таблица 25. Влияние общего содержания серы в дизельном топливе
на массу отложений в двигателе, работающем на масле без присадок
Тип двигателя

Длительность
испытания, ч
Содержание
серы в
топливе, %
Масса
нагара в камере
сгорания
двигателя,
мг
Лакоотло-
жения на
боковой
поверхности
поршня, %
Одноцилиндровый
(диаметр цилиндра 85 мм,
ход поршня 115 мм)
Одноцилиндровый
(диаметр цилиндра 105 мм,
ход поршня 130 мм)
Двухцилиндровый
(диаметр цилиндра 105 мм,
ход поршня 130 мм)
10
100
100
0,18
0,80
1,20
1,40
1,60
0,18
0,93
1,60
0,18
0,90
100
170
200
245
290
1827
2707
3811
370*
1020
13
32
70
80
93
39
52
70
41
76
* Нагары сняты с верхнего пояса гильзы цилиндров.
149

ливам, полученным прямой перегонкой нефти, компонентов
вторичной переработки нефти (от процессов термического и
каталитического крекинга) повышает содержание олефинов в
дизельных топливах. Испытания показали, что добавление к
топливу, полученному прямой перегонкой нефти, даже 20%
дизельных фракций термического крекинга приводит к резкому
ухудшению его эксплуатационных свойств, а именно:
снижается стабильность при хранении и повышается склонность к нага-
рообразованию. Такое топливо вызывает быстрое осмоление
игл распылителей форсунок и их зависание. В связи с этим
добавление продуктов термического крекинга в товарные
топлива для быстроходных дизелей запрещено.
В продуктах каталитического крекинга меньше алкенов,
поэтому в товарные дизельные топлива из сернистых нефтей
допускается добавлять до 20% каталитического газойля.
С увеличением содержания смолистых веществ склонность
дизельного топлива к нагарообразованию возрастает.
Добавление к обессмоленному топливу всего лишь 0,25% смолистых
веществ приводит к образованию отложений и зависанию игл
распылителей форсунок.
Содержание смолистых веществ в дизельных топливах
оценивают так же, как в автомобильных бензинах — определением
содержания фактических смол. С увеличением содержания
фактических смол в дизельных топливах их склонность к
нагарообразованию возрастает (рис. 32). Поэтому одно из
требований к качеству дизельных топлив — содержание фактических
смол не должно превышать 30—60 мг/100 мл.
Склонность дизельного топлива к нагарообразованию
зависит также от его коксуемости и зольности.
Коксуемость — это способность топлива образовывать в
условиях нагрева без доступа воздуха остаток в виде угля
(кокса). Для дизельных топлив коксуемость зависит от их
фракционного состава и содержания смолистых и нестабильных
соединений. Чем быстроходней и термически напряженней
двигатель, тем меньше должна быть коксуемость применяемого
топлива. Коксуемость определяют либо для топлива в целом,
либо для его 10%-го остатка после перегонки (коксуемость
10%-го остатка должна быть не более 0,5%).
Зольность топлива характеризует содержание в нем
несгораемых примесей: чем меньше зольность, тем меньше
неорганических примесей попадает в нагар. Увеличение массы золы в
нагаре ведет к повышению его абразивных свойств.
Допустимое содержание золы в дизельных топливах лежит в пределах
0,01—0,02%.
Товарные дизельные топлива, отвечающие указанным выше
требованиям по фракционному составу, йодному числу,
содержанию фактических смол, общей и меркаптановой серы,
зольности и коксуемости, обеспечивают работу двигателей на всех
режимах с незначительным образованием отложений.
150

5.5. КОРРОЗИОННАЯ АКТИВНОСТЬ
Коррозионная активность - дизельных топлив зависит главным
образом от содержания и строения углеродсодержащих
примесей. Общее содержание таких примесей, влияющих на
коррозионную агрессивность (кислородные и сероорганические
соединения), в дизельных топливах в 3—5 раз больше, чем в
автомобильных бензинах.
Среди кислородных соединений в дизельных топливах
преобладают нафтеновые кислоты и другие кислородсодержащие
вещества, переходящие в топливо из нефти в процессе прямой
перегонки. Эти соединения, как правило, имеют невысокую
коррозионную агрессивность и не они определяют общую
агрессивность дизельных топлив, полученных прямой перегонкой нефти.
При добавлении к топливу прямой перегонки до 20% газойля
каталитического крекинга коррозионная активность топлива
возрастает.
^Содержание коррозионно-агрессивных кислородных
соединений в ^дизельных топливах оценивают по кислотности,
выраженной в мг КОН/100 мл. Требованиями к качеству дизельные
топлив предусмотрено, чтобы кислотность не превышала 5 мг
КОН/100 мл. Испытания показали, что применение топлив с
высокой кислотностью вызывает не только увеличение
коррозионного износа плунжерных пар, но и увеличение массы
отложений.
Решающее влияние на коррозионную агрессивность
дизельных топлив оказывают содержание и характер сернистых
соединений. Коррозионная агрессивность дизельных топлив
повышается с увеличением общего содержания серы (рис. 33).
0 6 12 18 24 30 36 42
Длительность хранения, мес
4 8 12 16 20
Длительность работы, ч
Рис. 33. Зависимость коррозии стальных пластин (потеря массы) от
содержания серы в топливе (цифры на кривых) и длительности хранения.
Рис. 34. Зависимость износа плунжерной пары топливного насоса высокого
давления от длительности работы двигателя при разном содержании
меркаптанов в дизельном топливе:
^иТогпЛпРпеРНИСТОп по°кПо7ИВ°; 2 ~ сеРнистое топливо без меркаптанов; 3 - сернистое
топливо, содержащее 0,025% меркаптановой серы.
151

В дизельных топливах содержатся все сернистые
соединения, условно относящиеся к так называемой «активной» сере
(сероводород, свободная сера и меркаптаны).
В технических условиях на качество дизельных топлив
предусматривают коррозионные испытания — пробу на медную
пластинку. Топлива при выпуске с завода должны иметь
отрицательную пробу на медную пластинку, что гарантирует такое
малое содержание сероводорода и серы в топливе, которое не
влияет на его коррозионную агрессивность.
Коррозионная агрессивность дизельных топлив
обусловливается не столько общим содержанием серы в топливе, сколько
содержанием меркаптанов (рис. 34). Износ плунжерных пар
при работе на топливе с содержанием 0,025% меркаптановой
серы увеличивается вдвое по сравнению с износом на топливе
без меркаптанов.
Коррозионная агрессивность меркаптанов зависит от их
строения. Наименее агрессивными являются алифатические
меркаптаны, наиболее — ароматические. Предполагают, что
действие меркаптанов связано с их окислением до сульфокислот,
обладающих высокой коррозионной агрессивностью. Замечено,
что в отсутствие кислорода меркаптаны не корродируют
железо или взаимодействуют с ним в незначительной степени.
В соответствии с требованиями содержание меркаптановой
серы в товарных топливах, выпущенных с завода, не должно
превышать 0,01%. Топлива с таким содержанием меркаптанов
не вызывают большой коррозии тары, трубопроводов и деталей
системы питания двигателей.
0,4 0,0
Содержание серы,%
5Q 100 150
Длительность работы, v
Рис. 35. Зависимость износа цилиндра двигателя ЯАЗ-204 от содержания
серы в топливе.
Рис. 36. Зависимость износа двигателя от длительности его работы при
разной щелочности масла:
/ — масло нейтральное без присадок; 2 — масло со щелочной присадкой (щелочность
3,3 мг КОН/г); 3 — масло со щелочной присадкой (щелочность 6,0 мг КОН/г).
152

Таблица 26. Износ двигателей при работе на топливах с различным
содержанием серы
Содержание
в топливе,
0,12
0,34
0,57
0,12
0,57
1,30
* Уменьшение
серы
%
Износ компрессионных
поршневых колец*, г
Износ цилиндра в
верхнем
Стендовые испытания, 550 ч
0,12
0,35
0,66
Дорожные испытания, пробег 26 000 км
1,37
1,60
5,20
массы.
поясе, мкм
12
19
40
76
147
343
Коррозия деталей двигателя продуктами сгорания. Все
сернистые соединения, содержащиеся в дизельных топливах, при
сгорании образуют оксиды серы SO2 и SO3. Эти газообразные
продукты при высокой температуре корродируют металлы в
газовой фазе, а при низких температурах легко растворяются в
капельках воды, конденсирующихся из продуктов сгорания,
с образованием сернистой или серной кислот.
Основным объектом коррозионного воздействия продуктов
сгорания сернистых соединений является цилиндро-поршневая
группа двигателя. Экспериментами установлено, что общий
износ деталей двигателя примерно прямо пропорционален
содержанию серы в топливе (рис. 35). Эти данные подтверждаются
как стендовыми, так и эксплуатационными испытаниями
(табл. 26).
Продукты сгорания сернистых дизельных топлив не только
отлагаются в камерах сгорания, но и попадают в масло,
вызывая быстрое ухудшение его качества. Скорость старения масла
при работе двигателя на сернистом топливе увеличивается.
Для борьбы с коррозионными износами деталей двигателя
при работе на сернистых дизельных топливах предложено
добавлять специальные присадки как к топливу, так и к маслу.
Добавление нейтрализующих присадок к сернистым
дизельным топливам не получило широкого практического примене-
Таблица 27. Влияние присадки
цилиндров двигателя
Топливо
Малосернистое
Сернистое
Сернистое + 0,3% присадки
к топливу на износ <
Содержание
серы в
топливе, %
0,19
1,00
1,00
гильз
в I
15
27
14
Износ,
поясе 1
,6
,5
,5
мкм
во II
7
16
7
поясе
,4
,8
,4
153

ния, хотя результаты испытаний и показали эффективность
этого направления (табл. 27). Добавление к сернистому
дизельному топливу одной из присадок (в количестве 0,3%)
практически полностью ликвидирует повышенный коррозионный
износ, вызванный продуктами сгорания сернистых соединений.
Однако такие присадки оказываются эффективными при их
добавлении в топливо в концентрации не менее 0,1—0,3%, а
иногда и до 1,0%- Введение присадок в таком количестве к
массовым дизельным топливам встречает экономические и
технические затруднения.
Наиболее широкое распространение получил способ
борьбы с коррозионной агрессивностью продуктов сгорания
сернистых дизельных топлив, заключающихся в добавлении к
маслам щелочных присадок. Они нейтрализуют коррозионное
действие кислотных соединений и тем самым уменьшают
общий износ деталей двигателя (рис. 36).
Все отечественные товарные масла для автомобильных
дизелей обязательно содержат присадки. Применение топлив с
ограниченным содержанием серы и при обязательном
присутствии антикоррозионной присадки в масле обеспечивает
минимальный коррозионный износ деталей двигателя.
5.6. ЗАЩИТНАЯ СПОСОБНОСТЬ
В дизельных топливах, полученных прямой перегонкой нефти,
содержится значительно больше, чем в бензинах, гетерооргани-
ческих соединений, которые определяют защитную способность
топлива. Да и требования к защитным свойствам дизельных
топлив более высокие, чем требования к бензинам, в связи с
особенностями использования многих дизелей. Двигатели,
установленные на тракторах, речных судах и другой технике, как
правило, используют сезонно, и они длительное время
находятся на консервации. В этот период дизельное топливо должно
защищать от коррозии прецизионную топливную аппаратуру.
Длительный опыт хранения техники на консервации
свидетельствует о неизбежности попадания воды в топливоподающую
Таблица 28. Защитные свойства различных дизельных топлив
(на приборе Пинкевича)
Образец
топлива
Коррозия в морской воде, г/м2
Ст. 3
сталь 45
сталь
бронза
Коррозия в пресной воде,
г/м2
Ст. 3
сталь
45
сталь
бронза
№
№
№
1
2
3
4
35
4
1
47
,8
,1
,7
,1
31
1
0
34
,8
,2
,6
,0
29,9
7,0
2,0
36,6
3
2
1
8
,2
,2
,9
,8
0
0
0
1
,9
,9
,5
,7
1
1
0
4
,8
,0
,4
,5
3
2
2
3
,1
,4
,3
,4
0
1
2
1
,8
,8
,3
,1
154

систему и о необходимости повышения защитных свойств
дизельных топлив.
Для оценки защитной способности используют метод
испытаний дизельных топлив в условиях конденсации пресной
воды, а также при контакте с морской водой при 80 °С в течение
4 ч (табл. 28).
Защитные свойства дизельных топлив зависят от
содержания и строения преимущественно гетероорганических
поверхностно-активных веществ. Такие вещества способны
образовывать очень тонкую пленку на поверхности металла,
предохраняющую от коррозионного воздействия морской воды или
другого коррозионно-активного агента. При гидроочистке дизельных
топлив содержание поверхностно-активных гетероорганических
соединений снижается, а защитные свойства ухудшаются.
Разные результаты оценки защитных свойств, например, двух
образцов дизельного топлива (№ 2 и № 4, см. табл. 28) как раз
и объясняются различной технологией их получения. Топливо
№ 2 получено прямой перегонкой из малосернистых бакинских
нефтей, оно содержало много природных кислородсодержащих
соединений, проявляющих свойства ингибиторов
электрохимической коррозии. Топливо № 4 получено после гидроочистки.
В связи с широким применением процесса гидроочистки
при производстве товарных дизельных топлив становится
актуальной проблема повышения их защитных свойств.
Возможны два направления: 1) добавление прямогонного компонента
в гидроочищенное топливо (в пределах допустимого по
содержанию общей серы) и 2) введение специальных защитных
присадок.
В качестве защитных присадок для дизельных топлив
исследованы нитрованные масла, сульфонаты и некоторые другие
соединения. Нитрованные масла хорошо защищают черные
металлы и несколько хуже цветные. Более универсальным
защитным действием обладают нефтяные сульфонаты. Их
получают сульфированием масел с последующей нейтрализацией
образовавшихся продуктов. Сульфонат кальция
предотвращает коррозионный износ игл форсунок и плунжеров топливного
насоса, что установлено специальными испытаниями на стенде
с топливной аппаратурой:
Топливо
Показатель Топливо без +0,01% суль-
иоказатель присадки фоната
кальция
Износ игл форсунок, мкм 1,6 0,3
Износ игл форсунок, мкм 0,9 0,8
Толщина лаковой пленки на иглах форсунки, 1,5 0,7
мкм
Сульфонаты, как и нитрованные масла, после «защелачива-
ния» имеют ярко выраженный щелочной характер и кроме
образования защитной пленки способствуют нейтрализации
кислотных продуктов окисления.
155

5.7. ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА
Топлива в дизелях, как было уже отмечено, являются ^и
смазочным материалом для движущихся деталей топливной
аппаратуры, трущихся пар плунжерных топливных насосов. В
связи с этим они должны иметь хорошие противоизносные
свойства Однако противоизносные свойства дизельных топлив
изучены очень мало. Известно, что при снижении содержания серы
с 1,0 до 0,03% уменьшается износ плунжеров в 2 раза, при этом
особенно резко влияют на износ меркаптаны.
Были изучены противоизносные свойства дизельных топлив
в зависимости от их вязкости, содержания и состава
сернистых соединений, наличия нефтяных кислот и свободной воды
в мелкодисперсном состоянии. Исследования проводили на
машине трения, воспроизводящей трение скольжения.
Противоизносные свойства топлив оценивали по диаметру пятен износа
шаров б/из (в мм), критической нагрузке р (в Н) и
обобщенному показателю — критерию противоизносных свойств К (в /о).
Чем выше показатель К, тем лучше противоизносные свойства
топлива.
На рис 37 представлена зависимость противоизносных
свойств дизельных топлив от их вязкости. С увеличением
вязкости противоизносные свойства топлива значительно
улучшаются. Товарные дизельные топлива, имеющие вязкость в
пределах, допустимых стандартом, могут различаться по противо-
износным свойствам более чем в 2 раза.
Повышение кислотности дизельного топлива улучшает его
противоизносные свойства. Особенно это заметно при
увеличении кислотности до 1,5 мг КОН/100 мл. Улучшение
противоизносных свойств при действии органических кислот
подтверждено также испытанием топлива до и после «защелачивания».
Кислотность такого топлива с кислотностью 4,56 мг КОН/100 мл
уменьшилась при обработке 2%-м раствором щелочи до 0,5мг
КОН/100 мл, а противоизносные свойства ухудшились (из-
1,9
1J
1,5
0,3
Рис. 37. Зависимость противоизносных свойств дизельного топлива от
вязкости.
550
- 500
- 450
- 400
^350
_ 300
250
)
-
~~/ 1 1
2 3
Вязкость
р
</
1
4
при 20°С,
Л
к
5 6
мм'1'/с
400
350
300
250 ^
гоо*
ISO
100
156

Таблица 29. Влияние сернистых соединений на противоизносные
свойства дизельных топлив
Показатель
Содержание серы, %
общей
меркаптановой
Вязкость при 20 °С,
мм2/с
Кислотность, мг
КОН/100 мл
Противоизносные
свойства
диаметр пятна
износа, мм
критическая
нагрузка, Н
критерий
противоизносных свойств, %
№ 1
0,14
0,0004
5,21
1,4
0,75
550
400
Образвь
№ 2
0,15
0,0033
5,26
1,4
1,05
550
298
\ топлива
№ 3
0,88
0,0086
5,33
1,6
1,11
550
240
1
| № 4
1,50
0,0100
5,48
1,6
1,29
550
239
нос — с 0,9 до 1,1 мм, критическая нагрузка с 600 до 450 Н
и критерий противоизносных свойств с 355 до 228%).
С увеличением содержания сернистых соединений в
дизельных топливах их противоизносные свойства ухудшаются (табл.
29). При этом критическая нагрузка остается постоянной,
а диаметр пятна износа увеличивается. Присутствие
меркаптанов даже в концентрации 0,003% ухудшает противоизносные
свойства.
В процессе гидроочистки удаляются поверхностно-активные
гетероорганические соединения, но противоизносные свойства
дизельных топлив, в отличие от противоизносных свойств
реактивных, при этом ухудшаются незначительно. Это объясняется,
по-видимому, большей вязкостью дизельных топлив и высоким
содержанием в них смолистых веществ даже после
гидроочистки (содержание адсорбционных смол не падает ниже 400 мг/
/100 мл).
При введении в топливо воды в различном соотношении
(эмульсия создавалась с помощью ультразвука) почти линейно
уменьшается критерий противоизносных свойств. Так, при
введении в топливо 1,0% воды критерий противоизносных
свойств уменьшился в 3 раза.
Таким образом, противоизносные свойства дизельных
топлив зависят от ряда физико-химических свойств и могут
изменяться в 2—3 раза для топлив, отвечающих по качеству всем
требованиям стандарта. Столь существенные различия между
топливами диктуют настоятельную необходимость изучения
механизма противоизносного действия дизельных топлив и
разработки мер по контролю этого важного эксплуатационного
показателя.
157

5.8. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Дизельное топливо представляет собой горючую жидкость.
Взрывоопасная концентрация его паров в смеси с воздухом
составляет 2—3% (об.). Температура самовоспламенения топлива
летнего — 300 °С, зимнего — 310 °С, арктического — 330 °С.
Температурные пределы воспламенения дизельных топлив
таковы:
Летнее 69—119°С
Зимнее 62—105 °С
Арктическое 57—100 °С
Предельно допустимая концентрация паров топлива в
воздухе рабочей зоны равна 300 мг/м3. Дизельное топливо
относится к малотоксичным веществам 4 класса опасности. Его
действие проявляется в раздражении слизистых оболочек и
кожи человека.
Одно из важных преимуществ дизельных топлив по
сравнению с бензинами — меньшая пожароопасность. Это иногда
является решающим при выборе типа двигателя для
установки на том или ином виде техники. Например, в армии ряда
зарубежных стран после первой мировой войны, бензиновые
двигатели на танках были полностью заменены на дизели
главным образом из-за меньшей пожарной опасности
применяемых топлив. На судах речного и морского флота даже в
качестве вспомогательных двигателей всегда используют
дизели также из-за меньшей пожароопасности топлива.
Пожароопасность дизельных топлив оценивают по
температуре вспышки в закрытом тигле. Для всех марок топлив для
быстроходных дизелей температура вспышки не должна быть
ниже 30—35 °С. Для дизельных топлив, предназначенных к
применению на кораблях, температура вспышки должна быть
не ниже 61 °С, а в особоопасных условиях (например, в
подводных лодках) — не ниже 90 °С. Топлива для тихоходных дизелей
имеют температуру вспышки в пределах 65—85 °С.
При попадании в дизельные топлива даже небольших
количеств бензина температура вспышки резко снижается. В топ-
ливах широкого фракционного состава присутствуют
бензиновые фракции, и их температура вспышки имеет отрицательные
значения также, как и у бензинов. Однако опыт использования
некоторых газоконденсатов в качестве топлива для тракторных
и автомобильных дизелей свидетельствует о том, что при
соблюдении правил техники безопасности применение топлив,
содержащих бензиновые фракции, не создает условий для
повышенной пожароопасности.
Высокая температура вспышки и меньшая опасность
дизельных топлив в пожарном отношении во многих случаях
предотвращает взрывы и загорания при разряде статического
электричества. Склонность дизельных топлив к электризации пример-
158

но такая же, как и у реактивных топлив, но случаи взрывов и
загораний их по причине разряда статического электричества
крайне редки.
5.9. СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТОПЛИВА
Для быстроходных дизелей предусмотрено производство трех
марок топлива: летнее — Л, зимнее — 3 и арктическое — А
(табл. 30). Летнее топливо предназначено для эксплуатации
двигателей при температуре окружающего воздуха 0 °С и
выше. Зимнее топливо вырабатывают двух видов: одно
предназначено для эксплуатации двигателей при температуре окружа-
Таблица 30. Требования к качеству дизельных топлив
Показатели
Нормы для марки
Л
Цетановое число, не менее
Фракционный состав
50% (об.) перегоняется при температуре,
°С, не выше
96% (об.) перегоняется при температуре
(конец перегонки), °С, не выше
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с
Температура застывания, °С, не выше, для
климатической зоны
умеренной
холодной
Температура помутнения, °С, не выше для
климатической зоны
умеренной
холодной
Температура вспышки в закрытом тигле, °С,
не ниже
для тепловозных и судовых дизелей и
газовых турбин
для дизелей общего назначения
Содержание серы, % (масс), не более
в топливе вида I
в топливе вида II
\ Содержание меркаптановой серы, % (масс),
не более
Содержание сероводорода
Испытание на медной пластинке
Содержание водорастворимых кислот и
щелочей
Содержание фактических смол, мг/100 мл, не
более
Кислотность, мг КОН/100 мл, не более
Йодное число, г 12/100 г, не более
Зольность, %, не более
Коксуемость 10% остатка, %, не более
Коэффициент фильтруемости, не более
Содержание механических примесей и воды
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более
45
280
360
45
280
340
45
255
330
3,0—6,0 1,8—5,0 1,5—4,0
— 10
—35 —
—45 —55
—25
—35
61
40
0,2
0,5
0,01
40
35
0,2
0,5
0,01
35
30
0,2
0,4
0,01
Отсутствие
Выдерживает
Отсутствие
40
0,01
0,30
3
30
5
6
0,01
0,30
3
30
5
6
0,01
0,30
3
Отсутствие
860 8 40 830
159'

ющего воздуха минус 20 °С и выше (/заст = —35 °С), другое —
при температуре минус 30 °С и выше (^Заст = —45 °С).
Арктическое топливо предназначено для применения при температуре
воздуха минус 50 °С и выше.
По содержанию серы дизельные топлива подразделяются на
два вида: I — содержание серы не более 0,2% (масс), II — не
более 0,5% (масс).
В условное обозначение топлива марки Л входит массовая
доля серы и температура вспышки (например, К-0,2-40).
Обозначение топлива марки 3 состоит из указания массовой
доли серы и температуры застывания (например, 3-0,2
минус 35). В обозначение топлива марки А входит только
массовая доля серы (например, А-0,2).
Топлива для быстроходных дизелей имеют хорошие
эксплуатационные характеристики, и перспективы их развития связаны
главным образом с расширением их ресурсов. Необходимость
расширения ресурсов обусловлена в первую очередь дизелиза-
цией автомобильного парка нашей страны. В ближайшее время
грузовые автомобили Московского завода им. Лихачева и
Горьковского автозавода будут оборудоваться дизелями.
Химмотологические исследования и испытания в настоящее
время направлены на то, чтобы выбрать оптимальные
показатели качества товарных дизельных топлив, которые позволяли
бы увеличить ресурсы и в то же время не снижали бы
надежность и долговечность эксплуатации дизелей. Расширение
ресурсов прежде всего возможно за счет повышения
температуры конца кипения топлива. Предполагается в будущем
регламентировать температуру перегонки не 96% (об.) топлива,
Таблица 31. Требования к качеству
и малооборотных дизелей
Показатели
моторных
топлив
для среднеоборотных
Нормы для марки
дт
ДМ
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более
Фракционный состав: до 250 °С перегоняется,
% (об.), не более
Вязкость при 50 °С
кинематическая мм2/с, не более
соответствующая ей условная, °ВУ, не более
Коксуемость, %, не более
Зольность, %, не более
•Содержание, % (масс), не более
серы
механических примесей
воды
ванадия
Температура, °С
вспышки в закркытом тигле, не ниже
застывания, не выше
930
15
36
5,0
3,0
0,04
1,5
0,05
0,5
0,015
65
Минус 5
970
10
150
20,0
9,0
0,06
2,9
0,1
0,5
0,01
85
10
16 0

а только 90% (об.). При этом оставить требование, чтобы 90%
(об.) топлива перегонялось при температуре не выше 360 °С,
а температуру перегонки 50% (об.) топлива повысить до290°С.
Выход такого «утяжеленного» топлива можно увеличить на
1,0—3,5% в пересчете на нефть. Это топливо имеет
температуру застывания на 5 °С выше температуры застывания
стандартного топлива, но в летнее время, в разгар
сельскохозяйственных работ, такое топливо позволит удовлетворить
потребности в нем.
Интерес представляет топливо расширенного фракционного
состава с началом кипения 60—70 °С и температурой
выкипания 90% (об.)не выше 360 °С. В таком топливе бензиновые
фракции улучшают низкотемпературные свойства, снижают
вязкость. Вместе с тем у них меньше цетановое число и
температура вспышки. Однако основное преимущество этого топлива —
широкие сырьевые ресурсы, делает его перспективным.
Топлива для средне- и малооборотных дизелей (табл. 31)
вырабатывают двух марок — ДТ и ДМ; они различаются
вязкостью, коксуемостью и температурой застывания. Топливо
ДТ предназначено для дизелей, не оборудованных системой
подготовки топлива, а топливо ДМ — для судовых
малооборотных дизелей, оборудованных системой подготовки топлива. Для
улучшения прокачивания по трубопроводам к форсункам и
хорошего распыливания топливо ДМ подогревают до 60—70 °С.
ГЛАВА 6
ТОПЛИВА ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Использование жидких нефтяных топлив в двигателях с
реактивной тягой теоретически обосновал К. Э. Циолковский в
начале XX века. В 1930—1932 гг. в нашей стране под
руководством советского ученого Ф. А. Цандера были построены и
успешно испытаны две ракеты с жидкостными реактивными
двигателями, работавшими на бензине. В течение последующих
лет ракетная техника шагнула далеко вперед и кроме
углеводородных ракетных топлив появилось много других, с
лучшими эксплуатационными свойствами (рассмотрение
специальных ракетных топлив выходит за рамки данного курса).
В воздушно-реактивных двигателях, предназначенных для
авиации, углеводородные топлива всегда занимали и
занимают ведущее место. Это обусловлено широкими ресурсами
нефтяных углеводородных топлив, их сравнительно невысокой
стоимостью, высокими энергетическими показателями и рядом
других преимуществ.
Воздушно-реактивные двигатели получили широкое
применение в современной авиации. Высокие скорости полета совре-
11—1354 161

о
Рис. 38. Схема устройства турбокомпрессорного воздушно-реактивного
двигателя и изменение параметров рабочих газов по тракту двигателя:
— диффузор; 2 — компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — газовая турбина; 5 —
реактивное сопло.
менных самолетов стали возможны только благодаря
применению воздушно-реактивных двигателей. Эти двигатели
позволяют создать большую тягу при относительно небольшой
массе по сравнению с общей массой самолета. Кроме того, тяга
такого двигателя не снижается с увеличением скорости полета,
как у поршневых двигателей с пропеллером.
На рис. 38 представлена схема устройства
турбокомпрессорного воздушно-реактивного двигателя и показано изменение
параметров газовоздушного потока — давления р,
температуры t и скорости w по тракту двигателя. Именно эти
воздушно-реактивные двигатели получили наибольшее
распространение в авиации. Основными элементами двигателя являются
диффузор 1, компрессор 2, камера сгорания 3, газовая
турбина 4 и реактивное сопло 5.
При полете самолета набегающий поток воздуха
направляется в диффузор. Давление воздуха и его температура в
диффузоре несколько выше давления и температуры наружного
воздуха за счет скоростного напора. С увеличением скорости
полета эти величины возрастают. Далее воздух попадает в
компрессор, где он еще больше сжимается. На современных
двигателях применяют осевые компрессоры, так как у них
выше к. п. д. и меньше площадь лобового сечения по сравнению с
центробежными компрессорами. При сжатии повышаются
давление, температура и плотность воздуха.
После компрессора сжатый и нагретый воздух поступает в
камеру сгорания. Сюда же, в камеру сгорания, впрыскивается
162

топливо, при сжигании которого повышается температура
газового потока. После камеры сгорания газы проходят через
турбину, где часть тепловой энергии превращается в механическую
работу вращения колеса турбины. От вала рабочего колеса
турбины приЁодится в движение ротор осевого компрессора и
такие вспомогательные агрегаты, как топливный и масляный
насосы, генератор и др. Окончательное расширение газового
потока происходит в реактивном сопле, в котором скорость га-
зововдушного потока возрастает в результате падения
давления. Именно здесь и создается реактивная сила тяги,
приводящая в движение самолет. На рисунке изменение параметров
газовоздушного потока при работе двигателя на земле показано
сплошными линиями, а при полете самолета — пунктирными.
Воздушно-реактивные двигатели относятся к машинам с
непрерывно протекающим рабочим процессом. Топливо подается
в камеру сгорания непрерывно, и процесс горения протекает
постоянно. Постороннее зажигание необходимо только в
начальный момент пуска двигателя.
В современном воздушно-реактивном двигателе топливо из
баков подкачивающим насосом через систему фильтров
подается к топливному насосу — регулятору высокого давления и
далее распыливается форсунками в камерах сгорания.
Подкачивающий насос, как правило, центробежного типа, подает
топливо в основной насос-регулятор под небольшим
давлением— 0,02—0,03 МПа. При подаче из бака в насос-регулятор
топливо фильтруется обычно через сетчатый дисковый фильтр.
Топливный насос-регулятор при высоком давлении (0,8—
1,0 МПа) подает топливо в коллектор и далее в двухканаль-
ные рабочие форсунки.
Насос-регулятор плунжерного типа обеспечивает
регулирование и контроль подачи топлива на всех режимах работы
двигателя. Плунжеры в гильзах, расположенные во вращающемся
роторе, совершают возвратно-поступательное движение, и
каждый ход плунжера сопровождается подачей соответствующей
порции топлива. Длина хода плунжера, а следовательно, и
расход топлива, регулируются углом наклона специальной шайбы.
Угол наклона шайбы изменяется не только в зависимости от
режима работы, но и от высоты полета самолета. С
увеличением высоты полета самолета массовый расход воздуха через
проточную часть двигателя уменьшается. Если при этом не
снизить подачу топлива, произойдет переобогащение горючей
смеси, что приведет к прогоранию жаровых труб камер
сгорания.
Двухканальные рабочие форсунки центробежного типа
имеют специальный турбулизатор, обеспечивающий высокую
степень распыливания топлива. Два канала подачи топлива в
форсунку также служат и для поддержания хорошего
распыливания при изменении давления подачи. При работе двигателя
на малых оборотах и при полетах на большой высоте топливо
П* 163

к турбулизатору форсунки подводится через вспомогательный
канал. При повышении давления в работу вступает основной
канал, при этом степень распыливания топлива поддерживается
примерно постоянной. Конструкции отдельных элементов и
топливных систем в целом весьма разнообразны и могут
существенно влиять на условия применения топлив. Однако все
топливные системы призваны обеспечивать автоматическую подачу
в камеры сгорания необходимого количества топлива в хорошо
распыленном состоянии на любых режимах и высотах полета,
обеспечивать легкий пуск двигателя.
6.1. ИСПАРЯЕМОСТЬ
Испаряемость — одна из важнейших характеристик реактивных
топлив. Это свойство обусловливает пуск воздушно-реактивного
двигателя, полноту и стабильность сгорания, надежную работу
системы питания и малые потери топлива от испарения.
В воздушно-реактивных двигателях нашли применение три
типа топлив, различающиеся по испаряемости. Первый, и
наиболее распространенный, тип реактивного топлива — керосины
с пределами выкипания 150—280 °С и давлением насыщенных
паров при 38 °С — до 6,65 кПа (отечественные топлива ТС-1>
Т-1 и РТ, зарубежные — 1р-5). Второй тип реактивного
топлива — широкая фракция углеводородов, смесь бензина и
керосина, выкипающая в пределах от 60 до 280 °С с давлением
насыщенных паров до 19,95 кПа (отечественное топливо Т-2,
зарубежное— 1р-4). Третий тип реактивного топлива —
утяжеленная керосино-газойлевая фракция, выкипающая в пределах от
195 до 315 °С с давлением насыщенных паров 0,67—2,0 кПа
(топливо Т-6).
Каждое из перечисленных топлив имеет свои достоинства
и недостатки, определяющие особенности и области их
применения. Как и в других двигателях внутреннего сгорания
основному процессу — сгоранию топлива в воздушно-реактивном
двигателе предшествует его испарение и перемешивание
образовавшихся паров с воздухом. Топливо сгорает на сравнительно
небольшом отрезке пути газового потока, и поэтому скорость его
испарения должна быть высокой. Рассмотрим более подробно
условия испарения и сгорания топлив в воздушно-реактивных
двигателях.
Схема камеры сгорания представлена на рис. 39. Воздух,
попадающий в камеру сгорания, разделяется на два потока: один
(первичный) поступает непосредственно в жаровую трубу и
участвует в процессе сгорания топлива, другой (вторичный)
идет снаружи жаровой трубы, охлаждает ее и смешивается с
первым потоком после зоны горения топлива.
Первичный воздух поступает в жаровую трубу в таком
количестве, какое необходимо для сжигания топлива при коэф-
164

3 10
Рис. 39. Схема трубчатой камеры сгорания:
1 — воздушный канал; 2 — канал для вторичного воздуха; 3 — форсунка с завихрителем;
4 — перфорированная тарелка; 5 — соединительное устройство; 6 — перфорированный
конус; 7 — цилиндрический участок жаровой трубы; 8 — жаровая труба; 9 — кожух; 10 —
конический участок жаровой трубы.
фициенте избытка воздуха, близком к 1,0. При этом
температура газов в жаровой трубе достигает 1500—1800 °С. Материал
направляющего аппарата и лопаток газовой турбины не
выдерживает столь высоких температур, поэтому горячие газы,
образующиеся при сгорании топлива, разбавляются вторичным
воздухом. При смешении газового потока с вторичным воздухом
температура смеси снижается до 850—900 °С.
Распыливание топлива с целью увеличения поверхности
испарения и равномерного распределения паров по объему
камеры осуществляется в нагретом и сильно завихренном воздухе.
Скорость испарения и смесеобразования в двигателе в
значительной мере зависит от степени турбулизации воздуха. Уже
при входе в камеру сгорания в потоке первичного воздуха
создается винтовое движение газов и их завихрение. Для
повышения температуры воздуха непосредственно вблизи
форсунки в зоне образования горючей смеси и увеличения
интенсивности процессов тепло- и массообмена в период испарения и
смесеобразования создаются специальные обратные токи
горячих газов по направлению к форсунке. Обратные токи газов
способствуют лучшему перемешиванию топлива с воздухом,
повышают скорость нагрева и полноту сгорания смеси.
В воздушно-реактивных двигателях процесс испарения и
смесеобразования может заканчиваться уже в самом горящем
факеле, т. е. сгорание и подготовка рабочей смеси как бы
совмещаются. Доиспарение в этом случае происходит в условиях
высокой температуры и турбулентности потока.
Скорость испарения топлива, а следовательно, и полнота
сгорания зависят от качества распыливания. С увеличением
общей поверхности образовавшихся при распыливании капель
165

250
50
370
80
500
90
750
98
1000
100
повышается полнота сгорания, что иллюстрируется следующими
данными:
Удельная поверхность испарения
(качество распыливания), см2/см3
Полнота сгорания топлива, %
Степень распыливания жидкого топлива зависит от
коэффициента поверхностного натяжения, который у топлив типа
керосина составляет 23—25 мН/м, а у топлив типа широкой
фракции — 20—22 мН/м при 20 °С. На процесс
смесеобразования влияет фракционный состав топлива и давление его
насыщенных паров. Чем легче топливо и больше его давление
насыщенных паров, тем быстрее оно испаряется и обеспечивается
хорошее смесеобразование. В передней части камеры сгорания
температура воздуха на входе достигает 300 °С; при этой
температуре давление насыщенных паров авиационных бензинов
достигает 2,5 МПа, а керосинов — только 0,5 МПа.
Давление насыщенных паров топлива имеет особо важное
значение при пуске двигателя. Под пусковыми свойствами
имеют в виду способность топлива к воспламенению от
электрической искры и возможность вывести двигатель на стабильный
режим работы. Способность топлива образовывать смесь с
воздухом, способную к воспламенению от электрической искры,
зависит от содержания легких фракций: чем их больше, тем
лучше пусковые свойства топлива. Однако при работе
двигателя на легком топливе могут образоваться паровые пробки, и,
кроме того, потери легких топлив из топливных баков при
низких давлениях воздуха значительны.
266 г
200-
t3 J33>°
Ъ 93,1
«сГ 66,5
S. 53,2 -
§ 39,3 -
* 20,00
Qj '
| 13,30
§ 5,3/
ш 6>65
I 5,32
1 2>66
/;33L
/uuu
1500
WOO
700
500
WO
300
i 2oo
В 750
£ 100
r 70
50
40
30
20
10
/ // /
/ // //
/ // // ~
- / / / / /
/ / / / /
- "^y/^// //. /
_ Ay> f/ / /
-/ //<y\> >/ -
7/ // K/
/ / / '
7 / / / -
/ / /
/ / /
/ V \ 1 I 1 1 II
- 0
10 "-
30 §.
16 5
20 ~
32
40 80 120 160 200
Температура топлива,°С
Рис. 40. Температура начала кипения топлива в баках самолетов на
различной высоте полета в зависимости от давления насыщенных паров.
166

При увеличении высоты полета самолета возможно
вскипание топлива. Такое явление начинается тогда, когда
давление насыщенных паров становится равным внешнему
давлению. Кипение будет продолжаться до тех пор, пока не
испарятся низкокипящие фракции и давление насыщенных паров
топлива не станет ниже внешнего давления. На вскипание
топлива в высотных условиях влияет начальная температура
топлива и давление его насыщенных паров. С повышением этих
-величин кипение топлив будет наблюдаться на меньших
высотах. Температура топлива при сверхзвуковом полете может
достигать 100—150°С и выше. Из зависимостей,
представленных на рис. 40, видно, что при повышении температуры топлива
РТ с 40 до 100 °С вскипание его начнется на высоте 9 км
вместо 19 км. Вскипание сопровождается большими потерями
топлива, поэтому в условиях полета недопустимо. Основным
способом борьбы с потерями является герметизация топливных
баков и создание в них небольшого избыточного давления за
счет скоростного напора воздуха или давления от компрессора.
В этом случае высота полета самолета, на которой может
произойти закипание топлива, резко возрастает (см. рис. 40,
шкала при ризб = 70 кПа).
6.2. ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ГОРЮЧЕСТЬ
Воспламенение и сгорание топлива в воздушно-реактивных
двигателях происходит непрерывно в потоке быстродвижущегося
воздуха. Зажигание от постороннего источника — электрической
искры — необходимо только для пуска двигателя. Остальное
время топливо загорается либо за счет горящего факела, либо
за счет самовоспламенения. Преобладание того или иного
вида воспламенения зависит от организации всего процесса
сгорания топлива в камере сгорания данной конструкции.
Под организацией процесса сгорания следует понимать
создание газовых потоков в камере сгорания в нужных
направлениях, придание этим потокам необходимых турбулентности,
давления, температуры и коэффициента избытка воздуха в
районе форсунки и т. д. Чем больше топлива сгорает в
результате самовоспламенения, тем выше скорость и полнота
сгорания смеси.
Важнейшим показателем качества сгорания
топливо-воздушной смеси в воздушно-реактивном двигателе является
стабильность процесса горения, отсутствие срывов пламени. Дело
в том, что скорость газовоздушного потока в двигателе
достигает 60—100 м/с, а скорость распространения пламени в
условиях камеры сгорания — только 40 м/с. Естественно, скорость
распространения фронта пламени должна быть выше или, по
крайней мере, равна скорости движения потока газов в каме-
167

ре сгорания. В противном случае пламя будет сорвано и
факел погаснет.
Для снижения скорости потока и обеспечения стабильного
процесса горения в камерах сгорания устанавливают
различные завихрители, стабилизаторы, обтекатели и экраны. Кроме
снижения скорости потока все эти приспособления повышают
турбулентность движения смеси и тем самым увеличивают ско-
оость ее сгорания.
В зоне горения топлива создают такие условия, чтобы
скорость распространения фронта пламени была максимальной.
Наибольшая скорость характерна для смеси топлива с
воздухом, у которых ia=0,8—1,0. Именно такое количество
воздуха подают в район форсунки, где топливо испаряется и
воспламеняется. При этих значениях и получается самая
высокая температура сгорания и наиболее стабильное горение
факела. Но при таком значении ia не удается достичь полного
сгорания топлива, поэтому даже первичный воздух в двигателе
приходится делить: часть подавать к форсунке, а остальное
количество— непосредственно в факел, в зону горения.
Неблагоприятные условия для сгорания топлива в
воздушно-реактивном двигателе создаются при изменении высоты
полета самолета. На больших высотах понижаются температура и
давление воздуха, уменьшается его плотность, резко падает
масса воздуха, поступающего в двигатель. Для поддержания
состава смеси снижается расход топлива, ухудшается тонкость
распыливания и стабильность факела. При резком изменении
подачи воздуха или топлива состав смеси может выйти за
предельные значения и при обеднении или обогащении
возможен срыв пламени.
Предельные значения коэффициентов избытка воздуха при
обогащении и обеднении смеси зависит от химического состава
топлива, температуры и давления воздуха, тонкости
распыливания, мощности источника зажигания и ряда конструктивных
факторов. Товарные топлива одной марки, полученные из
разных нефтей, мало отличаются между собой по всем
характеристикам воспламеняемости и горения. Поэтому возможности
улучшения или изменения таких показателей товарных топлив,
как теплота сгорания, пусковые свойства, пределы
воспламеняемости, температура самовоспламенения, теоретически
необходимое количество воздуха, состав продуктов сгорания,
весьма ограничены.
6.3. ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ
При транспортировании реактивных топлив и заправке
самолетов в наземных условиях при низких температурах каких-либо
затруднений не возникает. Вязкость топлив для реактивных
двигателей несколько возрастает при понижении температуры
163

(рис. 41), однако нарушениями в перекачке топлив это не
сопровождается.
При фильтровании топлив как на земле, так и в полете
возможны нарушения в прокачиваемости из-за выпадения
кристаллов льда и углеводородов, а также чрезмерного загрязнения
топлив механическими примесями. При полетах на больших
высотах, особенно с использованием топлив широкого
фракционного состава, возможно образование паровых пробок в
системе питания самолета.
6.3.1. Образование кристаллов углеводородов
На заре развития воздушно-реактивных двигателей было
установлено, что в связи с очень низкими температурами воздуха
в условиях полета самолетов температура начала
кристаллизации реактивных топлив должна быть не выше минус 60 °С.
Это требование выполнялось за счет подбора соответствующих
нефтей или в результате снижения температуры конца кипения
топлива. Потребность в таких топливах была невелика, и
вопрос о расширении их ресурсов не ставился.
Развитие воздушного транспорта, широкое распространение
воздушно-реактивных двигателей в военной и гражданской
авиации способствовали быстрому росту потребности в
авиационных керосинах. Выяснилось, что ресурсы реактивных
топлив в значительной степени зависят от требований к
температуре начала их кристаллизации.
Специальные испытания самолетов «Комета IV» и «Бо-
инг-707» на высоте 10—12 км показали, что температура
топлива в подвесных баках достигает минус 20—30 °С через 2 ч
полета (рис. 42). В крыльевых и фюзеляжных баках и
трубопроводах температура топлива снижается до минус 25—30 °С
через 5 ч полета. Естественно, скорость охлаждения топлива в
полете зависит от конструктивных
особенностей топливных баков,
начальной температуры топлива,
климатических условий на трассе и
многих других факторов. Тем не
менее, уже около 10 лет топлива
для гражданской и военной
авиации США, Великобритании и
других стран вырабатываются с
температурой начала кристаллизации
не выше минус 40 °С. Ни в одной
из зарубежных стран нет
спецификаций, предусматривающих произ-
Рис. 41. Зависимость вязкости реактивных
топлив от температуры:
/ — топливо Т-1; 2 — топливо ТС-1; 3 — топливо
1-6.

20
0
-20
-60
i 1
а
/
I I
0 1 2 3^5 01
Длительность полета f ч
Рис. 42. Изменение температуры топлива в полете самолета «Комета IV» (а)
и самолета «Боинг-707» (б):
/, 2, 3 — температуры топлива в трубопроводе, в наружном баке и во внутреннем баке
соответственно; 4 — температура воздуха около бака; 5 — температура наружного
воздуха
водство и применение реактивных топлив с температурой
начала кристаллизации ниже минус 60 °С.
По спецификациям США для гражданской авиации
применяют топлива типа керосина марки Jet А с температурой начала
кристаллизации не выше минус 40 °С и марки Jet A-1 с
температурой начала кристаллизации не выше минус 50 °С.
Предусмотрена возможность выработки топлива Jet A-1 (с апреля
но октябрь месяцы) с температурой начала кристаллизации не
выше минус 45 °С. В военной авиации США из топлив типа
керосина наиболее широко используются топлива Jp-5 и Jp-б с
температурами начала кристаллизации соответственно не
выше —46 и —54 °С.
В нашей стране ведутся исследования оптимальных
значений температуры начала кристаллизации топлив
применительно к конструкциям топливных систем отечественных
самолетов и климатических условий территории СССР. Основные
сорта отечественных топлив ТС-1, Т-1 и РТ имеют температуру
начала кристаллизации не выше —60 °С. Только для топлива
Т-8, предназначенного для применения на сверхзвуковом
самолете ТУ-144, температура начала кристаллизации установлена
не выше —55 °С.
В исследовательских полетах на внутрисоюзных линиях на
самолете ИЛ-62М в расходных баках, питающих крайние
двигатели, минимальная температура топлива зафиксирована
минус 48 °С, а в расходном баке самолета ТУ-154 —минус 42 °С.
При полетах на трассах Юго-Восточной Азии и Африки
минимальные температуры топлива в расходных баках крайних
двигателей самолета ИЛ-62М составляют минус 13 — минус
32 °С.
Результаты исследований свидетельствуют о том, что и на
отечественной авиационной технике даже при полетах на
самых неблагоприятных по температурам трассах Дальнего Вос-
.170

тока можно использовать топлива с температурой начала
кристаллизации выше минус 60 °С.
Повышение температуры начала кристаллизации реактивных
топлив позволяет увеличить их ресурсы как за счет
расширения фракционного состава (повышения температуры конца
кипения), так и за счет вовлечения в переработку нефтей
парафинового основания. В качестве примера в табл. 32
представлены данные по изменению потенциального содержания
керосиновых фракций с различной температурой начала
кристаллизации.
Следует иметь в виду, что часть керосиновых фракций
специально оставляют в составе дизельного топлива, чтобы
обеспечить ему необходимую температуру застывания. Полный
отбор керосиновых фракций из нефти в качестве реактивного
топлива ведет к тому, что остающиеся дизельные фракции
имеют положительную температуру застывания. И для того чтобы
из них все же получить товарное топливо, приходится снижать
температуру конца кипения дизельного топлива, т. е. еще
сокращать ресурсы дизельного топлива.
В этой связи необходимо отметить положительные качества
топлива широкого фракционного состава Т-2. Потенциальное
содержание его по сравнению с топливом ТС-1 в нефтях
Западной Сибири и Коми АССР составляет соответственно 188 и
170% при температуре начала кристаллизации минус 60 °С.
Применение топлив с повышенной температурой начала
кристаллизации предусматривает возможность безотказной работы
топливной системы самолетов при температуре ниже
температуры начала кристаллизации вплоть до температуры застывания.
Нарушения в работе системы питания при температурах ниже
температуры начала кристаллизации возможны не только
вследствие забивки фильтров кристаллами льда, но и
вследствие резкого повышения вязкости топлива вблизи температуры
застывания. Это свойство топлива, названное хладотекучестью,
обусловливает его прокачиваемость по трубопроводу и
возможность подачи в двигатель в необходимом количестве. Для
лабораторных испытаний на хладотекучесть разработан метод,
в основу которого положено определение массы жидкой фазы
топлива, способной вытекать из сетчатого стаканчика с раз-
Таблица 32. Потенциальное содержание керосиновых фракций
в различных нефтях
Температура начала
кристаллизации фракции,
°С
Потенциальное содержание фракции, % (отн.)
в нижневартовской нефти | в западно-тэбукской нефти
—60 100 100
—55 122 105
—50 133 121
—40 150 142
171

-45
-50 -55 -60 -65 -75
Температура,°С
Рис. 43. Зависимость хладотекучести
опытного топлива ТС-1 от
температуры при разных размерах ячеек
сетки:
О — 50 мкм; #—100 мкм.
мером ячеек сетки 50 мкм при
температурах от начала
кристаллизации до застывания. На
рис. 43 показана кривая
хладотекучести для одного из
опытных топлив (температура
начала кристаллизации минус
47,5 °С, застывания — минус
70,5°С). На оси ординат — расход топлива (в %), которое
может вытечь из сетчатого стакана при данной температуре.
Как видно, >30% топлива с температурой начала
кристаллизации, равной —47,5 °С, при —60 °С остается в жидкой фазе.
Выпадение кристаллической фазы из реактивных топлив
обусловлено в основном содержанием алканов нормального
строения С8—Ci7. Температура начала кристаллизации и
застывания топлив зависит не только от суммарной концентрации
«-алканов, но и от их молекулярно-концентрационного
распределения. В табл. 33 представлено распределение я-алканов в
трех опытных образцах топлива РТ с разными температурами
начала кристаллизации.
С увеличением концентрации высокоплавких н-алканов
Ci5—С17 повышается температура начала кристаллизации и
застывания. Считают, что топлива с повышенной температурой
начала кристаллизации должны иметь температуру застывания
на 12—15 °С ниже температуры начала кристаллизации.
6.3.2. Образование кристаллов льда
Прокачиваемость реактивных топлив при низких температурах
может нарушиться в результате замерзания воды, находящейся
в топливе в растворенном или свободном состоянии, а также в
Таблица 33. Распределение н-алканов в реактивном топливе РТ
с разной температурой начала кристаллизации

Температура
начала

кристаллизации
топлива
РТ, °С
—60
—50
-40
с8
0,6
с
4
1
1
,5
,1
,0
Относительное содержание
Qlo
14,4
8,5
6,0
Си
23,6
18,2
14,0
Сз
29
23
18
2
,3
,6
,о
С]
20
25
20
,4
,7
,0
я-алканов, °
Си
5,8
16,1
16,0
С]
1
5
17
/о
5
,3
,4
,0
Cie
Cl7
1,4 -
7,0 1,0
172

виде эмульсии. Возможность образования кристаллов льда в
авиационных топливах особенно высока в связи с быстрым
изменением в полете температуры и влажности воздуха,
атмосферного давления. При понижении температуры,
влажности и атмосферного давления растворимость воды в топливе
снижается, и избыток ее чаще всего выпадает в топливных
баках в виде тонкодиспергированных капель, способных к
замерзанию в виде кристаллов, а иногда и к переохлаждению. Чем
меньше размер выпавших капель, тем до более низких
температур они способны переохлаждаться.
Фильтры системы питания реактивных двигателей при
низких температурах могут забиваться кристаллами льда и
обмерзать при попадании на сетку переохлажденных капель воды.
Кристаллы льда могут попадать в топливо извне, в виде инея,
осыпающегося со стенок емкостей. Забивка и обмерзание
фильтров приводит вначале к частичному, а потом и к полному
прекращению подачи топлива в камеры сгорания двигателя
(см. выше).
Для предотвращения забивки и обмерзания фильтров
применяют конструктивные меры и физико-химические способы.
Среди конструктивных мер нужно отметить подогрев топлива
или фильтра, впрыск специальной жидкости (например, изо-
пропилового спирта) или горячего топлива на фильтр,
забивающийся кристаллами льда и т. д.
Физико-химический способ борьбы с кристаллами льда
основан на введении специальных присадок к топливам. Эти
присадки получили название антиводокристаллизующих. В
отечественной авиации широко применяют этилцеллозольв
(жидкость «И»), тетрагидрофурфуриловый спирт (ТГФ) и эти же
присадки модифицированные (присадки ТГФ-М и И-М).
Добавление антиводокристаллизующих присадок ведет к
некоторому увеличению растворимости воды в реактивном топливе
(в %):
Топливо При +20 °С При —20 °С
ТС-1 без присадки 0,0068 0,0021
ТС-1 + 0,3% жидкости «И» 0,0148 0,0074
В топливе, содержащем присадку, при понижении
температуры избыток воды выпадает в виде мелких капель. Присадки
способны частично переходить из топлива в выделяющуюся
водную фазу и образовывать концентрированные водные
растворы с низкими температурами кристаллизации. Так, отстой,
слитый из бака самолета ИЛ-62 после полета на топливе с 0,1%
присадки ТГФ-М, состоял из 63% присадки и 37% воды и имел
температуру кристаллизации минус 53 °С. Присадки не только
предотвращают образование кристаллов, но и растворяют
ранее образовавшиеся кристаллы льда, иней и т. д. Так,
жидкость «И», введенная в топливо в количестве 0,3%, полностью
173

растворила кристаллы льда и иней (0,05%) в топливе при
—20 °С за 8 мин.
Применение антиводокристаллизующих присадок связано с
некоторыми трудностями. Поскольку присадки растворимы в
воде, они могут вымываться в процессах хранения и
транспортирования, где контакт топлива с водой неизбежен. Введение
присадок в аэродромных условиях неудобно, связано с
деятельностью, не свойственной работникам аэродромного
обслуживания. В настоящее время поставлена задача создания топливных
систем, обеспечивающих полеты с высокой надежностью на
топливах без добавления антиводокристаллизующих присадок.
6.3.3. Образование паровоздушных пробок
При полете самолета на высоте нарушение подачи топлива в
двигатель может произойти вследствие выделения в системе
питания пузырьков воздуха и паров топлива. Образование
паровоздушных пробок снижает подачу топлива и уменьшает
давление в топливной магистрали. При этом по
трубопроводам течет не однородное топливо, а смесь жидкости и
парогазовых пузырьков. С увеличением высоты полета и
уменьшением атмосферного давления объем паровоздушной фазы
возрастает, возникают кавитационные режимы работы насосов,
обусловленные резкими пульсациями давления, и, как результат,
повышается износ насосов, при этом подача топлива
неравномерная.
Предельно допустимое соотношение объемов паровой и
жидкой фаз Vn : Vm не должно превышать двух; при Vn : Vm>
>2 образуются паровые пробки.
Возможность образования паровых пробок в системе
питания в первую очередь связана с давлением насыщенных паров
применяемого топлива. При прочих равных условиях
интенсивность кавитации возрастает при использовании топлива с более
высоким давлением насыщенных паров. Наибольшая кавитация
возникает в том случае, когда топливо начинает кипеть, тогда,
когда давление насыщенных паров топлива превысит
минимальное давление в топливной системе. Такое давление
возникает на входе в топливный насос, где вследствие некоторого
разрежения топливо находится под давлением, ниже внешнего
атмосферного.
Наиболее опасны с точки зрения образования паровых
пробок топлива широкого фракционного состава типа Т-2. На
отечественной авиационной технике были испытаны топлива типа
Т-2 с давлением насыщенных паров 13,3 кПа (100 мм рт. ст.)
и 20,0 кПа (150 мм рт. ст.) при38°С.
Образованию паровых пробок и появлению кавитационных
режимов работы насосов способствует процесс выделения
растворенного в топливе воздуха. По данным А. Ф. Аксенова, бен-
174

зины растворяют 20—25% (об.) воздуха, керосины— 13—15%
(об.). Растворимость воздуха в топливах уменьшается при
понижении внешнего давления. По мере подъема самолета
выделяющийся воздух выходит из баков самолетов, захватывая с
собой и пары топлива. Выделение воздуха из топлива в баках
при большой скорости подъема самолетов может запаздывать,
что сопровождается интенсивным выделением воздуха в
топливной системе. Образование паровоздушных пузырьков ведет
к возникновению кавитации.
Растворимость кислорода в топливе примерно в 2 раза
выше растворимости азота. Поэтому газовая смесь, выделяемая
из топлива, богаче кислородом, чем обычный воздух. Пределы
взрываемости паров топлива в такой смеси кислорода с азотом
шире, чем в воздухе. Опасность возникновения паровоздушных
пробок в топливной системе и кавитационных режимов работы
насосов снижается при создании в топливных баках небольшого
избыточного давления.
6.3.4. Влияние загрязнений и механических примесей
В воздушно-реактивных двигателях так же, как в дизельных
двигателях, топливо используется в качестве смазочной среды
всех агрегатов топливной системы. Для уменьшения износов
прецизионных пар топливного насоса и засорения деталей
топливо-регулирующей аппаратуры топливо должно
содержать как можно меньше загрязнений и механических
примесей. Достигается это фильтрованием топлива на
нефтеперерабатывающих заводах, базах и складах, аэродромном складе
горючего при перекачке и заправке и, наконец, в фильтрах
топливной системы самих самолетов.
Топлива загрязняются в период транспортирования,
хранения и заправки. Кроме того, непосредственно в баки самолетов
поступают механические примеси, особенно в летнее время и в
южной климатической зоне. Содержание примесей в топливах,
находящихся в баках самолетов, может достигать 25—30 г/т,
а размер их частиц — до 20—30 мкм. В топливах, отобранных
из баков самолетов после полета, содержание примесей
больше в 2—7 раз по сравнению с топливом при его заправке. Это
происходит вследствие того, что часто заправка ведется
открытой струей, избыточное давление в топливных баках
создается за счет запыленного воздуха, в полете топливо в баках
взбалтывается и обогащается загрязнениями.
Состав загрязнений и механических примесей в реактивных
топливах непостоянен. В них содержатся 60—75% твердой
неорганической части, в состав которой входят продукты
коррозии и износа — Fe, Sn, Cu, Ti, Mn, Cd, а также почвенная пыль
минерального происхождения, в которой присутствуют Si, A1,
Са, Na, Mg. Органическая часть загрязнений (от 20 до 30%)
состоит из смолистых веществ, растительных остатков и др.;
175

в этой части примесей преобладают такие элементы, как
углерод и кислород. Загрязнения включают небольшое количество
воды и некоторые компоненты резино-технических изделий, гер-
метиков и т. д.
Содержание загрязнений в реактивном топливе при
заправке самолета не должно быть более 0,0002%. При этом за
ресурс работы двигателя с топливом поступает более 30 кг
твердых загрязнений. Естественно, такое количество загрязнений
влияет на надежность и долговечность топливной системы
самолета. Для фильтрования топлива в топливных системах
самолетов наибольшее распространение получили металлические
сетки саржевого плетения. Для уменьшения размеров ячеек эти
сетки расплющивают прокаткой или другими способами.
Высокая чувствительность топливной аппаратуры
реактивных двигателей к чистоте применяемых топлив и сегодня
ставит проблему очистки их от загрязнений в ряд важнейших
вопросов развития авиационной техники и обеспечения
безопасности полетов. В настоящее время в стадии экспериментальной
проверки находятся системы тонкой очистки реактивных
топлив от механических примесей в электрическом поле. Высокую
эффективность показывают магнитные фильтры. Значительно
уменьшается загрязненность топлив при их содержании в
баках под слоем азота, так называемое «азотирование» топлива.
Эта система находит применение в сверхзвуковой авиации.
6.4. СТАБИЛЬНОСТЬ И СКЛОННОСТЬ
К ОБРАЗОВАНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ
6.4.1. Физическая и химическая стабильности
В качестве топлива для воздушно-реактивных двигателей
наиболее широко применяют керосиновые фракции, обладающие
довольно высокой физической стабильностью. При
использовании топлив широкого фракционного состава типа топлива Т-2,
содержащих много легких фракций, потери от испарения при
хранении и применении бывают значительными. Поэтому все
правила сокращения потерь при хранении бензинов полностью
применимы и к топливам широкого фракционного состава.
Потери топлива для реактивных двигателей возможны
непосредственно из топливных баков самолетов при подъеме на
высоту. Создание небольшого избыточного давления в баках
позволяет существенно сократить возможные потери.
Реактивные топлива Т-1 и ТС-1 хорошо смешиваются между собой в
любых соотношениях. При этом выпадения каких-либо
осадков или расслоения не происходит.
Топлива для воздушно-реактивных двигателей готовят на
основе нефтяных фракций, полученных путем прямой
перегонки нефти. Такие фракции практически не содержат алкенов,
176

Таблица 34. Значение йодного числа для реактивных
топлив разных марок
Марка
топлива
Т-1
ТС-1
Т-2
Йодное
норма
<2,0
<3,5
<3,5
число, г 12/100 мл
фактическое
0,2—1,2
0,1—2,3
0,3—0,8
Марка
топлива
РТ
Т-8
Т-6
Йодное число
норма
^0,5
<0,5
<1,0
, Г I2/IOO МЛ
фактическое
0,0—0,5
0,1—0,2
0,1—0,3
и топлива на их основе имеют очень маленькое значение
йодных чисел (табл. 34), которое характеризует содержание в
топливе алкенов.
Небольшое содержание алкенов обусловливает высокую
химическую стабильность реактивных топлив. В условиях
хранения таких топлив окислительные процессы идут очень
медленно. Так, при хранении топлив Т-1 и ТС-1 в наземных
резервуарах в течение 6—7 лет в северной зоне или 4—5 лет в
южной зоне изменения кислотности не превышали 0,3 мгКОН/
/100 мл, а содержание фактических смол повысилось не более
чем на 3—4 мг/100 мл. Установлено, что топлива для
воздушно-реактивных двигателей, полученные прямой перегонкой
нефти, можно хранить в течение 5 лет без заметного изменения их
качества.
Для снижения общего содержания серы и удаления
меркаптанов керосиновые фракции сернистых нефтей подвергают
гидроочистке. В этом процессе одновременно удаляются из
топлива многие соединения, которые являются природными
антиокислителями и в условиях хранения обеспечивают
необходимую химическую стабильность. В результате гидроочистки
химическая стабильность топлива снижается. Гидроочищенные
топлива легче окисляются кислородом воздуха, образуя при
этом растворимые в топливе продукты нейтрального и
кислотного характера. При хранении гидроочищенных топлив
относительно быстро снижается их термоокислительная стабильность
и возрастает коррозионная активность (см. ниже).
Для повышения химической стабильности топлива после
гидроочистки добавляют антиокислительные присадки.
Высокую эффективность показал ионол (4-метил-2,6-ди-трег-бутил-
фенол). Этот антиокислитель и нашел практическое
применение в отечественных реактивных топливах. В табл. 35
представлены данные по изменению содержания продуктов
окисления в гидроочищенном топливе РТ без присадки и в
присутствии ионола при хранении в термостате при 60 °С. За время
хранения в топливе без ионола резко возросло содержание
продуктов окисления, тогда как в его присутствии
существенного развития процесс окисления не получил.
Окисление гидроочищенных топлив при хранении и
накопление продуктов окисления мало сказывается на их поведении в
топливных системах. Однако при нагреве окисленного топлива
12—1354 177

Таблица 35. Изменение содержания гидропероксидов, кислот
и адсорбционных смол при хранении топлива РТ

Длительность
хранения при
60 °С, ч
Содержание в топливе без ионола
гидроперок-
сидов,
104 моль/л
кислот,
101 моль/л

адсорбционных
смол,
г/л
Содержание в топливе с ионолом
гидроперок-
сидов,
104 моль/л
кислот,
10^ моль/л

адсорбционных
смол,
г/л
Исходное
292
588
872
1165
0,88
10,80
48,25
87,50
142,00
0,84
0,89
1,34
1,60
4,60
0,13
0,43
0,64
3,10
5,95
0,88
1,30
1,80
5,00
6,25
0,84
0,48
0,68
0,75
0,79
0,13
0,15
0,20
0,20
0,20
в нем довольно быстро образуются твердые продукты
глубокого окисления, т. е. термоокислительная стабильность
гидроочищенных топлив в процессе хранения существенно
ухудшается.
€.4.2. Термоокислительная стабильность и склонность
к образованию отложений
Термоокислительная стабильность. Развитие авиационной
техники идет по пути повышения скоростей полета, теплонапря-
женности двигателей и увеличения температуры топлива в
топливных системах самолетов. В сверхзвуковой авиации
топливо— это единственный теплоноситель, способный охлаждать
обшивку летательного аппарата. Температура топлива в
агрегатах двигателей некоторых сверхзвуковых самолетов уже в
настоящее время превышает 200 °С.
Топлива ТС-1 и Т-1 обеспечивают нормальную работу
агрегатов топливных систем газотурбинных двигателей при их
нагреве только до 100—120 °С. При более высоких температурах
эти топлива окисляются с образованием осадков и смолистых
отложений на фильтрах и в агрегатах топливной системы.
В состав осадков входит довольно много гетероорганических
соединений, содержащих кислород, серу и азот. Значительна
концентрация и зольных элементов. Очевидно, в образовании
осадков активное участие принимают сернистые и азотистые
соединения, а также различные твердые микропримеси —
продукты минерального происхождения, а также частички износа и
коррозии металлов.
Зависимость осадкообразования в топливах при изменении
температуры от 100 до 300 °С носит экстремальный характер
Для каждого вида топлив имеется своя температурная область
максимального образования осадка (рис. 44). Так, при
окислении топлива ТС-1 наибольшая масса осадка образуется при
150 °С, для Т-1—при 160 °С. Чем тяжелее фракционный состав
топлива, тем при более высокой температуре наступает макси-
178

мум осадкообразования Вероятно, снижение осадкообразова-
ния после максимума связано с ростом давления насыщенных
паров и снижением парциального давления кислорода при
повышении температуры. Есть предположение, что максимум
осадкообразования связан с особенностями поведения коллоидных
систем при повышении температуры (изменение соотношения
скоростей процессов коагуляции и диспергирования).
Отмечено, что с повышением температуры частицы осадка
становятся крупнее и скорость забивки фильтра осадком
определяется размером пор фильтровального материала. Так, на
металлической сетке, имеющей размер ячеек 30 мкм,
задерживается только половина осадка, образовавшегося при 150°С,
и полностью задерживается осадок, образовавшийся при 200 °С.
На бумажном фильтре с размером пор 5—7 мкм оба осадка
задерживаются полностью. А поскольку при 150 °С осадка
образуется больше, то бумажный фильтр забивается при 150 °С
быстрее.
Окисление топлив при высоких температурах значительно
ускоряется за счет каталитического действия металлов и
сплавов, применяемых для изготовления агрегатов топливных
систем. Особенно ускоряют образование осадков и смолистых
веществ медь, латунь, бронза (рис. 45). Для устранения
каталитического действия металлов наиболее эффективно введение
в топливо деактиваторов металлов. Такие присадки связывают
ионы металла в комплексные соединения, не обладающие
каталитическими свойствами.
Оценку термоокнслительной стабильности реактивных
топлив проводят в специальных приборах в статических и дина-
Рис. 44. Зависимость массы осадка
в реактивных топливах от
температуры
0 Ю'1 5~7 Г1 2г5~1
Отношение поверхности металла:
л оо~ьему топлива, г.мг1смi
Рис 45 Изменение массы осадка в топливе ТС-1 при окислении (150 °С) в
присутствии металлов и сплавов-
■' — медь; 2 — бронза; 3 — латунь Л-68; 4 — дюралюминий Д1; 5 — сталь 12ХНЗА.
12»
179

мических условиях. Сущность статических методов заключается
в окислении образца топлива в изолированном объеме с
последующим определением массы образовавшегося осадка,
содержания растворимых и нерастворимых смол. Стабильность топ-
лив в динамических условиях оценивают по времени забивки
фильтра при их прокачке и по массе образовавшихся
отложений на контрольной поверхности в специальной установке.
Существует несколько вариантов определения
термоокислительной стабильности в динамических условиях. Можно проводить
оценку при одноразовой прокачке топлива через нагреватель и
фильтр, можно перекачивать одно и то же топливо
многократно по циркуляционной схеме, можно фильтровать топливо
горячим, можно после некоторого его охлаждения (для
коагуляции осадка) и т. д. Все операции в разных методиках должны
в наибольшей мере моделировать условия применения топлив
на самолетах с тем, чтобы обеспечить максимальную
сходимость результатов лабораторных исследований с поведением
топлив в эксплуатации.
Повышение термоокислительной стабильности топлив
достигают технологическими методами (за счет очистки и других
процессов), введением специальных присадок
(антиокислительных, диспергирующих и полифункциональных) и созданием в
летательных аппаратах условий, тормозящих окисление
топлива (изменение состава газовой фазы над топливом, например
замена кислорода азотом). Последний способ весьма
перспективен. Показано, что если над топливом воздух заменить
азотом с содержанием кислорода 1,2%, то в равных температурных
условиях осадкообразование значительно уменьшится (табл.36).
Склонность к образованию отложений. Образующиеся при
окислении смолистые вещества способны выпадать из топлива
в топливной системе, образуя липкие смолистые отложения на
деталях топливоподающих и топливорегулирующих агрегатов.
Эти отложения могут изменять геометрическую форму различ-
Таблица 36. Влияние газовой
нерастворимых осадков

Температура, °С "
среды на образование в топливах
Масса осадка в топливе, мг/100 мл
ТС-1
в воздухе
в азоте*
Т-1
в воздухе
в азоте*
Т-2
в воздухе
в азоте4'
125
150
200
250
* Азот
3,2
13,7
6,3
4,3
с содержанием
0
1
0
0
1,2%
,7
,2
,8
,4
кислорода.
3
14
7
5
,8
,0
,0
,2
0,6
1,4
0,9
0,6
2,0
9,1
3,4
1,9
0,2
0,2
0,2
0,1
180

ных отверстий и каналов, что приводит к нарушению процесса
подачи и затруднениям в управлении режимом работы
двигателя. х
Содержание смолистых веществ в топливах для воздушно-
реактивных двигателей оценивают теми же методами, которые
применяют для бензинов и дизельных топлив (определение
содержания фактических смол, остатка в стаканчике после
испарения топлива в струе воздуха или водяного пара). Считают,
что топлива, содержащие в 100 мл не более 4—6 мг
фактических смол, не вызывают осложнений в работе топливной
аппаратуры из-за образования смолистых отложений.
Важное значение имеет склонность топлив к образованию
твердых отложений (нагаров) на поверхностях камер
сгорания. Такие отложения ухудшают теплопроводность и вызывают
местные перегревы и коробление металла камеры сгорания.
Нагарообразование может привести к закоксовыванию
отверстий в жаровой трубе, через которые поступает в камеру
вторичный воздух для снижения температуры газового потока.
При отложении нагара на форсунках нарушается нормальное
распыливание топлива и форма факела распыла, нарушается
также распределение топлива по камере сгорания и
появляется повышенная дымность отработавших газов. И, наконец,
частички нагара могут отделяться от стенок камер сгорания и
уноситься газовым потоком. Такие твердые частицы вызывают
эрозию лопаток газовой турбины двигателя.
При сгорании топлива ТС-1 на форсунках образуется
нагар, содержащий 86—92% углерода, 4—10% кислорода, 2—
5% водорода и 0,7—1,8% зольных (несгораемых) элементов.
В золе содержится железо, кремний, кальций, алюминий,
цинк, натрий, медь, никель и другие элементы. Количество
образующегося нагара зависит от свойств применяемого топлива
и конструктивных особенностей камеры сгорания, форсунок,
направления и степени турбулентности газовых потоков и
многих других факторов.
При прочих равных условиях с повышением испаряемости
топлив их склонность к нагарообразованию на стенках камер
сгорания уменьшается. Увеличение содержания в топливе
ароматических (особенно нафталиновых) углеводородов и алке-
нов сопровождается повышением склонности к
нагарообразованию. Аналогичный эффект наблюдается при увеличении
содержания в топливе смолистых веществ, серы и других примесей.
О склонности топлив к нагарообразованию в
воздушно-реактивных двигателях косвенно судят по таким показателям, как
йодное число, содержание ароматических углеводородов, в
частности, бициклических, содержание смол, коксуемость,
зольность, высота некоптящего пламени, люминометрическое
число и др. Чем меньше высота некоптящего пламени и
люминометрическое число топлива, тем больше его склонность к
нагарообразованию.
181

Непосредственно склонность топлив к нагарообразованию
оценивают в модельных малоразмерных камерах сгорания по
массе отложений нагара в жаровой трубе при сжигании
испытуемого топлива. Интервалы значений массы образующегося
нагара при сжигании различных топлив на модельной
установке ВНИИ НП представлены ниже:
Топливо Т-2 ТС-1 Т-1 РТ Т-8 Т-б
Масса нагара 2,5—3,0 2,0—4,5 3,0—7,0 2,5—4,5 2,0—6,0 4,2—7,0
за 1 ч, г
Требования стандартов по всем показателям качества
товарных реактивных топлив, влияющим на их склонность к
нагарообразованию, таковы, что применение топлив на
отечественных самолетах не вызывает каких-либо затруднений из-
за нагарообразования.
6.5. КОРРОЗИОННАЯ АКТИВНОСТЬ И СОВМЕСТИМОСТЬ
С НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ
В топливных системах воздушно-реактивных двигателей
применяют сплавы, содержащие медь, сурьму, никель, кадмий и
др. Кроме того, в топливной системе широко используют
различные резиновые технические изделия, герметики и т. д.
Контакт топлива с такими материалами может отражаться как на
качестве самого топлива, так и на состоянии и свойствах
материалов.
Коррозия металлов и сплавов связана в первую очередь с
содержанием в топливе серооргатшческих и некоторых
кислородных соединений. На сплавы меди сильно воздействует
свободная сера. Меркаптановая сера вызывает коррозию
бронзовых и кадмированных деталей топливной аппаратуры. При
повышении температуры коррозионная активность сернистых
соединений резко возрастает. Воздействие соединений серы на
металлы сопровождается образованием значительных
коррозионных отложений, которые, попадая в топливо, забивают
проходные сечения топливных регуляторов, форсунок и других
деталей.
Общее содержание серы в топливе влияет на коррозию
направляющего аппарата, лопаток и других деталей выпускного
тракта двигателя продуктами сгорания. Большая часть
деталей выпускного тракта изготовлена из сплавов, содержащих
никель. При высокой температуре в результате газовой
коррозии может образовываться сульфид никеля, который с никелем
дает эвтектический сплав с температурой плавления 650 °С.
Такая эвтектика плавится и выгорает, вызывая разрушение
деталей.
Все эти обстоятельства диктуют необходимость применения
гидроочистки Для улучшения эксплуатационных свойств
керосиновых фракций. Существуют методы удаления из дистилля-
182

тов только меркаптанов, но гидроочистка дает более полную и
глубокую очистку. После гидроочистки повышаются
антикоррозионные свойства и улучшается термическая стабильность, но
вместе с тем ухудшаются защитные, противоизносные и
некоторые другие свойства.
Наиболее массовое и перспективное топливо РТ получают
с применением гидроочистки. Общее содержание серы в нем —
менее 0,1%, а меркаптановой серы — менее 0,001%; свободная
сера и сероводород отсутствуют. Применение такого топлива
не вызывает осложнений в работе топливных систем,
связанных с коррозией.
В воздушно-реактивных двигателях и в газовых турбинах,
работающих на жидких нефтяных топливах, представляет
некоторую опасность еще один вид коррозии выпускного тракта.
Это — так называемая «ванадиевая» коррозия. Однако этот вид
коррозии имеет место при использовании тяжелых остаточных
топлив и будет рассмотрен в следующей главе.
Топливо соприкасается в системе питания с резиновыми
техническими изделиями (манжеты, втулки, прокладки и т. д.),
что может существенно сокращать срок службы резин и
ухудшать их важнейшие эксплуатационные свойства. Резины в
топливах способны набухать, ускоренно изнашиваться и стареть.
Детали, изготовленные из резин на основе нитрильных каучу-
ков, теряют эластичность и форму, на них появляются
трещины, происходит их выкрашивание.
Интенсивному старению резины предшествует экстракция
топливом из резин таких антиокислителей, как неозон Д и аль-
доль — а-нафтиламин. При 150°С оба антиокислителя
практически полностью вымываются топливом за несколько часов.
Резины, лишенные антиокислителей, начинают быстро
окисляться и стареть. При этом уменьшается сопротивление разрыву и
относительное удлинение, теряется эластичность, резина
твердеет. Все эти процессы происходят не под влиянием кислорода
воздуха, а под действием свободных пероксидных или алкиль-
ных радикалов, образующихся в топливе. Таким образом,
окисление топлива в системе питания двигателя под действием
высоких температур и растворенного кислорода ведет не только
к ухудшению качества самого топлива, но и к ускоренному
старению резин на основе нитрильных каучуков.
Присутствие в топливе природных антиокислителей
(например, в прямогонном топливе до гидроочистки) или введение в
гидроочищенные топлива специального антиокислителя
(например, ионола) предотвращает окислительные процессы в
топливе и тем самым задерживает ухудшение физико-механических
свойств резины. Для двигателей с повышенной теплонапряжен-
ностью топливной системы применяют резины, более стойкие
к окислительным превращениям в топливах.
Окислительные процессы в топливе являются причиной
разрушения полисульфидных (тиоколовых) герметиков, используе-
183

Таблица 37. Состав отстоя в реактивном топливе
антиводокристаллизующей (АВК) присадки
Образец
топлива
№ 1
№ 2
№ 3
Содержание в
% (об.
топлива
3,4
1,2
2,7
воды
37,6
11,1
47,1
отстое,
АВК
присадки
59,0
87,7
50,2
Образец
топлива
№ 4
№ 5
№ 6
в присутствии
Содержание в
% (об.
топлива
воды
4,2 58,8
1,3 21,2
1,1 23,0
отстое,
)
АВК
присадки
36,4
77,5
75,9
мых для топливных баков самолетов. При контакте с легко
окисляющимся топливом герметик размягчается и
отслаивается от поверхности баков даже при обычных температурах.
Частично герметик растворяется в топливе, частично выпадает в
виде осадка на дно бака или задерживается на фильтрах.
Причем разрушение герметика связано с содержанием в топливе
пероксидов: интенсивность разрушения тем выше, чем больше
концентрация гидропероксидов в топливе и чем выще
температура. Присутствие в топливе природных антиокислителей или
добавление синтетических антиокислителей задерживает
образование гидропероксидов и тем самым предотвращает
разрушение тиоколовых герметиков.
На прочность герметиков в топливных баках оказывают
влияние антиводокристаллизующие присадки к топливу. Эти
присадки, находясь в топливе в растворенном состоянии, на
герметики не влияют. Но при длительных полетах самолета
и во время стоянок на дне топливных баков скапливается
отстой, состоящий из смеси воды, присадки и топлива.
Результаты определения состава отстоя из баков различных самолетов
приведены в табл. 37.
Отстой топлива, содержащий 75—85% АВК присадки,
влияет на набухаемость герметика и приводит к вспучиванию и
отслоению герметика в топливных баках самолетов. Во
избежание этого необходимо систематически и тщательно сливать
отстой из баков после полета самолета и после его заправки.
6.6. ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА
Реактивные топлива при полетах самолетов подвергаются
воздействию быстроизменяющихся температур, давлений и
влажности воздуха. Все эти факторы влияют на растворимость воды
в топливе и обусловливают выпадение воды в виде отстоя в
баках. При отрицательных температурах отстой не замерзает, так
как в нем содержатся антиводокристаллизующие присадки.
Таким образом, в топливной системе самолета практически всегда
имеются условия для протекания электрохимической коррозии,
184

; и защитные свойства реактивных топлив имеют важное
эксплуатационное значение.
Защитные свойства реактивных топлив обусловлены
содержанием полярных гетероатомных соединений, содержащих
серу, кислород и азот. Однако в процессе гидроочистки эти
соединения из топлив удаляются, и защитные свойства
ухудшаются. Улучшение же защитных свойств гидроочищенных топлив
возможно при смешении их с топливом, не прошедшим
гидроочистку. Добавление 30% такого неочищенного топлива
повышает защитную способность смеси до необходимого уровня.
Эффективным средством улучшения защитных свойств всех
реактивных топлив, в том числе и полученных гидроочисткой
или гидрированием, является введение присадок. В качестве
защитных присадок исследованы амины, жирные и нафтеновые
кислоты, их эфиры и соли, производные янтарного и малеино-
вого ангидридов, различные технические смеси кислот, фенолов
и др. В табл. 38 приведены данные, иллюстрирующие защитное
действие некоторых присадок в реактивном топливе ТС-1.
Присадки на основе нафтеновых кислот и фенолов могут
улучшать не одно, а сразу несколько эксплуатационных свойств
топлив, например, защитные и противоизносные, а фенолы —
еще и антиокислительные. Отечественное гидроочищенное
топливо РТ содержит противоизносную присадку «К» и
антиокислитель ионол, которые улучшают и защитные свойства топлива.
6.7. ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА
Многочисленные агрегаты топливоподающей и тошшворегу-
лирующей аппаратуры воздушно-реактивных двигателей
работают в среде топлива. При этом многие детали этих агрегатов
перемещаются относительно друг друга с разными скоростями
и удельными давлениями. Надежность относительных
перемещений и долговечность работы трущихся пар во многом зависят от
свойств смазывающей среды, т. е. от противоизносных свойств
топлива.
Таблица 38. Эффективность защитного действия различных присадок
в реактивном топливе ТС-1
Присадка (концентрация, %)
Коэффициент защиты, %
Ст. 3
бронза
ВБ-23НЦ
Алкилированный пирокатехин (0,05) 80 84
Фенолы из подсмольных вод полукоксования 100 80
углей (0,05)
Фенолы из смол полукоксования углей (0,10) 11 100
Нитрованное масло, нейтрализованное гидрокси- 30 64
дом бария (0,01)
185

Авиационные топлива содержат поверхностно-активные и
химически активные вещества, концентрация, состав и строение
которых обусловливают их противоизносные свойства.
Присутствие таких соединений зависит от природы нефти, технологии
получения топлива и глубины его очистки.
Исследования показали, что реактивные топлива
значительно различаются по противоизносным свойствам. А. Ф. Аксенов
предложил оценивать противоизносные свойства реактивных
топшив по специальному показателю противоизносных свойств
К, который вычисляют по следующей формуле:
Р кр Ии
где К — показатель противоизносных свойств, %; рэкр и рикр —
критическая нагрузка начала схватывания в эталонном и в
испытуемом топливах, Н; Иэ и Ии — износ металла в эталонном
и испытуемом топливах, мм.
Если, например, за эталон принять тошш-во Т-1, то для него
К=100%, тогда для топлива ТС-1 К = 65%, а для топлива ТС-1
после гидроочистки —К = 38%. Чем больше показатель К, тем
лучше противоизносные свойства топлива.
Топлива, полученные по одной технологии и имеющие
одинаковый фракционный состав, могут значительно различаться
по противоизносным свойствам в зависимости от состава
исходной нефти. Так, на рис. 46 представлены результаты оценки
прямогонного топлива ТС-1, полученного из нефтей различных
месторождений (образцы 1—7), при лабораторных
определениях показателя К и при испытаниях на стендах по износу. Как
видно из рисунка, топлива одной марки ТС-1, полученные из
различного нефтяного сырья, различаются по своим
противоизносным свойствам. Показатель К довольно хорошо совпадает
с результатами стендовых испытаний топлив.
тчг
?
вЗ,2
3
71,0
4
63,0
5
45,7
6
45,4
7
4J,0
?
1
0,25
3
0,29
0,29
5
0,45
6
0,47
7
0,52
Рис. 46. Противоизносные свойства топлив ТС-1, полученных на различных
нефтеперерабатывающих предприятиях:
а) — испытания в лабораторных условиях по показателю К, б)—испытания на стендах
по износу, мм,
/ — хабаровский; 2 — ангарский; 3 — грозненский; 4 — омский (шаимская нефть), J - но
вополоцкий; 6 — омский (тюменская нефть); 7 —рязанский.
186

В топливных системах самолетов в присутствии топлив
типа керосинов имеет место не гидродинамический, а граничный
режим трения. Износ металлов при граничном режиме трения
обусловливается не столько вязкостью топшива, сколько
содержанием и качеством высокомолекулярных
поверхностно-активных соединений, способных к адсорбционному и хемосорбцион-
ному модифицированию поверхностных слоев трущихся
деталей. Удаление таких соединений при адсорбционной очистке
топлива ведет к резкому ухудшению его противоизносных
свойств.
При трении металлов в углеводородной среде особая роль
принадлежит кислороду, а его содержание в реактивных топли-
вах может достигать 25% (об.). При трении кислород образует
оксиды с металлами поверхностей трения. Образование
оксидных пленок на поверхностях металла представляет собой
коррозию этого металла. «Истирание» оксидной пленки является
коррозионно-механическим износом трущихся металлов. Тем не
менее подобные пленки довольно часто защищают трущиеся
пары и уменьшают общий износ. Исследованиями показано, что
при граничном трении скольжения в среде инертного газа
происходит схватывание трущихся образцов через некоторый
промежуток времени, необходимый для истирания естественной
оксидной пленки на поверхностях трения. Если вести эксперимент
не в инертном газе, а в воздухе, то схватывание трущихся
образцов не наступает вообще, так как под действием кислорода
воздуха образуются новые слои оксидных пленок по мере
истирания ранее образовавшихся.
Углеводородная среда как бы транспортирует кислород к
узлам трения. Окисленные на воздухе углеводороды и примеси
способны разлагаться на поверхностях трения с выделением
кислорода в активной форме.
Противоизносные свойства реактивных топлив зависят от их
температуры. При трении качения износ металлов с
повышением температуры топлива вначале возрастает, достигая
максимума, а затем снижается. Для каждого типа топлива
максимальный износ отмечен при определенной температуре.
Например, для топлива Т-1 — при 90°С, ТС-1 — 67°С, Т-6 — 90°С.
Экстремальную зависимость износа от температуры топлива
объясняют изменением характера взаимодействия поверхностей
металла с топливом в присутствии кислорода.
При трении скольжения износ металлов в топливах прямо
пропорционален объемной температуре топлива примерно до
120°С. При более высокой температуре намечается перегиб
кривой, и скорость нарастания износа с повышением
температуры снижается. Критическая нагрузка схватывания металлов
с повышением температуры топлива уменьшается.
Противоизносные свойства реактивных топлив улучшаются
при введении присадок, обладающих поверхностно-активными
свойствами. В качестве противоизносных присадок к топливам
187

Таблица 39. Противоизносные свойства реактивного топлива РТ
после гидроочистки
Гидроочищенное топливо РТ
Образец № 1
без присадки
с присадкой «К»
0,003%
0,007%
0,010%
Образец № 2
без присадки
с присадкой «К»
0,003%
0,007%
0,010%
Износ, мм
1,56
1,15
0,96
0,95
1,55
1,17
0,96
0,95
Критическая
нагрузка, Н
215
280
340
344
210
300
335
335
Критерий
износа, %
73
145
195
199
71
150
190
191
исследованы многие соединения, но эффективными среди них
оказались различные фракции промышленных жирных кислот.
При добавлении 0,1% жирных кислот можно получить топливо
с хорошими противоизносными свойствами. Противоизносные
свойства топлив улучшают также многие антиокислители фе-
нольного и аминофенольного типа.
Для улучшения противоизносных свойств реактивного
топлива РТ, получаемого после гидроочистки, применяют
присадку «К» кислотного характера, хорошо растворимую в
углеводородах. При содержании ее 0,003—0,007% противоизносные
свойства гидроочищенного топлива, повышаются до
удовлетворительного уровня (табл. 39).
В этих же концентрациях присадка «К» проявляет и
защитный эффект, снижая коррозию в присутствии влаги как стали,
так и бронзы.
6.8. СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТОПЛИВА
ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В нашей стране стандартами предусмотрена возможность
производства пяти марок топшив для реактивных двигателей (табл.
40). Однако, топливо Т-1 производят в очень малых
количествах, а топливо Т-2 вообще не выпускают. Наиболее старыми по
времени выработки топливами являются топлива Т-1 и ТС-1.
На этих топливах создавалась реактивная авиация, и они служат
ей и по сей день.
Топливо Т-1 получают прямой перегонкой малосернистых
нефтей, топлива ТС-1 и Т-2 — сернистых нефтей. Можно
получать эти топлива смешением прямогонного и гидроочищенного
компонентов.
Наиболее массовым топливом для реактивных двигателей
дозвуковой авиации и сверхзвуковой с ограниченной продолжи-
188

г
I Таблица 40. Требования к качеству топлив для реактивных двигателей
Показатели
Нормы для марок
Т-1
ТС-1
Т-2
РТ*
Т-6
?. Плотность при 20 °С, кг/м3, 800
; не менее
f Фракционный состав
; температура начала
перегонки, °С
не выше
не ниже
10% (об.) перегоняется
при температуре, °С, не
выше
50% (об.) перегоняется
при температуре, °С, не
выше
90% (об.) перегоняется
при температуре, °С, не
выше
98% (об.) перегоняется
при температуре, °С, не
выше
Вязкость кинематическая,
мм2/с
при_20°С, не менее
при —40 °С, не более
Теплота сгорания низшая,
не менее
к Д ж/кг
ккал/кг
Высота некоптящего
пламени, мм, не менее
Кислотность,
мг КОН/100 мл, не более
Температура начала
кристаллизации, °С, не выше
Йодное число, г 12/100 мл,
не более
Содержание ароматических
углеводородов, %, не более
Содержание фактических
смол, мг/100 мл, не более
Содержание серы, %, не
более
общее
меркаптановой
сероводорода
Испытание на медной
пластинке (100 °С, 3 ч)
Содержание
водорастворимых кислот и щелочей
Зольность, %, не более
Содержание посторонних
примесей и воды
Содержание мыл
нафтеновых кислот
Содержание нафталиновых 2,5
углеводородов, %, не более
775
755
775
Отсутствие
1,5 1,0 1,0
840
150
175
225
270
280
150
165
195
230
250
60
145
195
250
280
135
175
225
270
280
195
220
255
29а
315
1,50
16
42900
10250
16
0,7
-60
2,0
20
6
0,10
0,003
1,25
8
42900
10250
25
0,7
—60
3,5
22
5
0,25
0,005
В
0,003
1,05
6
43100
10300
25
0,7
__60***
3,5
22
5
0,25
0,005
Отсутств
ы д е р ж и в ;
1,25
16
43100
10300
25
0,7
—60
0,5
18,5
4
0,10
0,001
ие
а ет
Отсутствие
0,003 0,003
Отсутствие
4,5*^
60
42900
10250
20
0,5
—60
1,0
10
6
0,05

Отсутствие
.^0,003
189

Покг
1затели
Т-1
ТС-1
Нормы для
Т-2
марок
| РТ
Продолжение
* Т-6
Термическая стабильность в
статических условиях при
150 °С, масса осадка,
мг/100 мм, не более
в течение 4 ч
в течение 5 ч
Термическая стабильность в
динамических условиях при
150—180 °С
перепад давления на
фильтре за 5 ч, МПа, не
выше
отложения на
подогревателе, баллы, не более
Люминометрическое число,
не ниже
Температура вспышки в
закрытом тигле, WC, не ниже
18
10
10
0,083 0,083 —
2,0
50
30
2,0
55
28
55
0,01
2,0
55
28
0,01

Отсутствие
45
60
* Для топлива, вырабатываемого с использованием западно-сибирских нефтей,
допускается: температура начала кристаллизации не выше минус 55 °С, содержание
ароматических углеводородов не более 22%, нафталинов — не более 1,5%,
люминометрическое число не ниже 50.
** Не более.
*** Допускается —55, за исключением климатической зоны 1А.
тельностью полета является топливо РТ. Его можно получать
прямой перегонкой нефти с применением гидроочистки. Для
улучшения эксплуатационных свойств предусмотрено введение
в топливо РТ ионола (0,003—0,004%) и противоизносной
присадки «К» (0,002—0,004%). Топливо РТ имеет хорошие
эксплуатационные свойства и полностью отвечает требованиям
современной авиации.
Для реактивных двигателей самолетов, летающих со
сверхзвуковой скоростью, производится термостабильное топливо Т-6.
Содержание в нем присадки ионола лежит в пределах 0,003—
0,004%. Начало кипения топлива установлено не ниже 195°С в
связи с тем, что топливо можно использовать для охлаждения
обшивки самолета, нагревающейся при сверхзвуковом полете.
Перспективы применения топлив для реактивных двигателей
связаны в первую очередь с возможностями расширения их
ресурсов. В этом плане надо определить границы возможного
применения топлива типа Т-2 и накапливать опыт его
использования. Ресурсы топ'лива Т-2, в состав которого входят бензиновые
фракции, значительно больше, чем топлив ТС-1 и РТ.
Расширение ресурсов топлив для реактивных двигателей
возможно также за счет снижения требований по температуре
начала кристаллизации. Это повысит выход реактивных топлив
из многих нефтей и позволит вовлечь в переработку новые неф-
190

I ти. Все возрастающая потребность в керосиновых фракциях для
' производства реактивных топлив, возможно, приведет в
дальнейшем к необходимости использования компонентов
вторичного происхождения.
] Улучшение же качества топлив для реактивных двигателей
', будет происходить главным образом за счет введения
эффективных присадок. В ближайшее время в отечественные реактивные
топлива будут вводить антистатические присадки. Применение
, их позволит увеличить скорость заправки самолетов.
Повышение надежности и долговечности работы агрегатов
топливных систем воздушно-реактивных двигателей возможно
за счет повышения чистоты применяемых топлив. Это
направление очень персп'ективно и может дать большой экономический
эффект при относительно малых затратах.
ГЛАВА 7
ТОПЛИВА ДЛЯ ГАЗОТУРБИННЫХ
И КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
7.1. ГАЗОТУРБИННЫЕ ТОПЛИВА
Газовые турбины широко используют в различных отраслях
промышленности, энергетике и транспорте. Их устанавливают в
качестве основного двигателя на речных и морских судах, на
железнодорожных локомотивах, на газо- и нефтеперекачивающих
станциях, на стационарных и передвижных электрических
станциях. Широкое распространение газовых турбин обусловлено
рядом преимуществ их перед другими энергетическими
установками — дизельными и паротурбинными.
Газовая турбина позволяет получать большую мощность в
одном агрегате. При этом она имеет малые габариты и
меньшую массу на единицу мощности — в среднем 1,0—1,2 г/(Вт«ч)
против 3,7—9,3 г/(Вт«ч), у дизелей и до 21,6 г/(Вт«ч) в
паросиловых установках. Важным преимуществом газовых турбин
является принципиальная возможность работы на топливе
любого вида: газообразном, жидком и даже твердом
(пылевидные топлива, водоугольные эмульсии и т. п.). Незначительная
потребность в охлаждающей воде, быстрый пуск и простота
управления, высокая надежность и невысокая токсичность
отработавших газов — все это привело к широкому внедрению
газовых турбин во многие отрасли народного хозяйства.
Главный недостаток газотурбинного двигателя —
сравнительно низкий коэффициент полезного действия (к. п. д.).
Эффективный к, п. д. современного дизеля достигает 40%, котло-
турбинных установок с высокими параметрами пара — 35—38%,
для газовой турбины эффективный к. п. д. составляет 24—27%,
191

1
l/h
•ft
-
2
1
I
Рис. 47. Схема газотурбинной установки:
1 — пусковой электродвигатель; 2 — электрический генератор; 3 — воздушный компрессор,
4 — камера сгорания; 5 — газовая турбина.
т. е. ниже, чем для дизелей и современных паросиловых
установок. Однако отработавшие газы стационарных газовых турбин
можно использовать для отопления или горячего
водоснабжения, что повышает их эффективный к. п.д.
На рис. 47 представлена простейшая схема газотурбинной
установки. Основными элементами являются: компрессор 3,
предназначенный для сжатия воздуха и подачи его в камеру
сгорания и проточную часть турбины: камера сгорания 4 с
непрерывной подачей топ'лив через форсунки; газовая турбина 5,
состоящая из направляющего аппарата и рабочего колеса с
лопатками. Кинетическая энергия газа преобразуется в
механическую работу на валу турбины. Часть энергии с вала
турбины расходуется на сжатие воздуха компрессором, часть —
используется для вращения электрогенератора, гребного винта
судов, центробежных насосов для перекачки газа или нефти,
колес локомотива и т. д.
Топливная система газотурбинной установки состоит из
запасных и расходных цистерн — топливных баков, насосов
низкого и высокого давления, топливных регуляторов, фильтров
грубой и тонкой очистки, трубопроводов и форсунок.
Конструкция всех агрегатов топливной системы и последовательность их
установки зависят от назначения газовой турбины и ее
мощности, от вида применяемого топлива и ряда других факторов.
Газовые турбины могут успешно работать на газообразном
топливе. Например, природный газ часто используют в качестве
тошшва для газовых турбин, установленных в местах
получения и перекачки газа, в стационарных энергетических
установках. Однако, как правило, газовые турбины работают на
жидком углеводородном топливе, полученном при различных
процессах переработки нефти. При этом стараются сделать
турбину такой, чтобы она работала на самых тяжелых остаточных
видах топлив — продуктах вторичных процессов переработки
нефти. Применение таких дешевых топшив позволяет снизить
стоимость энергии, получаемой на газовой турбине, даже при
большом расходе топлива.
192

Однако применение тяжелых остаточных топлив на газовых
турбинах, особенно на транспортных установках, встречает ряд
трудностей в подготовке, подаче и применении (см. ниже). Для
этих целей разработано специальное топливо для газовых тур-
бин. Это топливо производят из дистиллятных фракций прямой
перегонки нефти и вторичных процессов.
Рассмотрим основные эксплуатационные свойства топлив для
газотурбинных установок.
7.1.1. Испаряемость, воспламеняемость и горючесть
Испаряемость топлив практически не лимитируется, однако
требования к топливу по вязкости и плотности косвенно
регулируют и состав по фракциям. От вязкости зависят степень рас-
пыливания топлива форсунками, форма и дальнобойность
факела распыленного топлива.
Вязкость газотурбинных топлив. и мазутов измеряется на
специальном вискозиметре и выражается условными градусами
(|ОВУ). Вискозиметр состоит из цилиндра с двойными стенками,
в выпуклом дне которого имеется калиброванное сточное
отверстие. Градусы условной вязкости — это отношение времени
истечения продукта при температуре испытания ко времени
истечения такого же объема воды при температуре 20°С.
Вязкость газотурбинных топлив и мазутов — одна из
важнейших характеристик их качества. В газовых турбинах дистил-
лятные и остаточные топлива перед распыливанием часто
подогревают до 50—80°С. При таких температурах распыливание
дистиллятного газотурбинного топлива происходит вполне
удовлетворительно. Для распыливания остаточных топлив
применяют форсунки с вихреобразными распылителями, и топливо
перед распылом нагревают до более высоких температур (120—
140°С).
В газотурбинных топливах содержится большое крличество
асфальтено-смолистых веществ, которые увеличивают
поверхностное натяжение топлив и ухудшают качество их
распыливания. Плотность специального топлива для газовых турбин не
должна быть более 935 кг/м3.
Воспламенение и сгорание хорошо распыленных
газотурбинных топлив происходит стабильно за счет конструктивного
оформления газовоздушного тракта и подачи дозированного
количества воздуха в камеры сгорания. Конструкция камеры
сгорания, организация процессов воспламенения и сгорания в
газовой турбине зависят от качества применяемого топлива.
Для применения тяжелых остаточных топлив нужно
предусматривать специальные меры для улучшения
смесеобразования, снижения нагарообразования, дымления и коррозионной
агрессивности коксовых отложений и эрозии направляющего
аппарата и лопаток турбины. При установившемся режиме
испарение, смесеобразование и сгорание топлива происходят одно-
13-,354 193

временно. Температура в факеле высокая, что обеспечивает
испарение и воспламенение самых тяжелых видов топлив. Однако
в условиях камеры сгорания часть тяжелых фракций тошшва
может подвергаться термическому разложению с выделением
газообразных продуктов и кокса. Кокс может отлагаться на
стенках жаровой трубы, на форсунках и других деталях
газовоздушного тракта.
Кроме отложений кокса на стенках камер сгорания и
форсунках возможно образование нагара. Количество образующегося
нагара особенно велико при использовании топлив, содержащих
ароматические углеводороды. В состав отложений, помимо
органической части, входят зольные элементы, содержащие такие
металлы, как железо, ванадий, натрий и др. Образование
нагара, кокса и зольных отложений, содержащих оксиды, сульфаты
и сульфиты металлов, ухудшает условия теплопередачи,
изменяет проходное сечение каналов, повышает сопротивление
движению газовых потоков и снижает мощность газовой турбины.
Борьба с образованием отложений в проточной части
газовой турбины ведется как за счет улучшения качества топлива
(снижение зольности, содержания ароматических
углеводородов и др.), так и за счет конструктивного улучшения камер
сгорания, форсунок и других деталей газового тракта.
7.1.2. Прокачиваемость, стабильность и склонность
к образованию отложений
Прокачиваемость газотурбинных топлив определяется их
вязкостно-температурными свойствами и температурой
застывания. Чем тяжелее фракционный состав топлива, тем хуже его
вязкостно-температурные свойства. Кроме фракционного
состава на вязкостно-температурные свойства топлив влияет их
химический состав. Наиболее пологая кривая вязкости у алканов,
наиболее крутая — у ароматических и особенно бициклических
углеводородов. Вязкостно-темп'ературные кривые двух образцов^
газотурбинного тогмива приведены на рис. 48.
Температура застывания газотурбинного топлива не
должна быть выше 5°С. Все операции с таким топливом в зимнее
время возможны только после предварительного подогрева. Для
судовых газотурбинных установок температура застывания
должна быть не выше — 5°С. По температуре застывания
ориентировочно определяют минимальную температуру, при которой
возможны слив, перекачка и заправка топлив. Улучшение
низкотемпературных свойств газотурбинных топлив возможно за
счет подбора их компонентного и химического состава, а также
за счет введения специальных депрессорных присадок. Это
направление усиленно развивается в последние годы.
Стабильность газотурбинных топлив при транспортировании,
перекачках и длительном хранении зависит от их
углеводородного состава, содержания в них смолистых веществ, воды, ге-

го чо бо во
Темпера тура,°С
Рис. 48. Зависимость вязкости
газотурбинных топлив от температуры:
/ — топливо газотурбинное облегченное;
2 — дизельное топливо; 3 — топливо
газотурбинное для локомотивных двигателей;
4 — топливо газотурбинное.
тероорганических соединении.
При хранении в топливах
накапливаются смолистые
продукты окисления, образуются
твердые нерастворимые
осадки и отложения. Топлива при
этом темнеют.
Окислению на воздухе при
Невысоких температурах
подвергаются алкены и углерод-
содержащие примеси, которые
попадают в газотурбинное
топливо в составе
компонентов, полученных термическим
крекингом. Дистилляты
термического крекинга имеют
"низкую химическую и
термоокислительную стабильность.
Основным источником
образования твердых осадков,
забивающих фильтры, и
твердых отложений на поверхностях топливных систем, являются
смолистые вещества. Они переходят в топливо из нефти, либо
образуются при окислении нестабильных соединений. Эти
смолистые вещества участвуют в реакциях уплотнения и
окислительной полимеризации, их молекулярная масса возрастает,
а растворимость в углеводородах уменьшается. Осадки в
топливе влияют не только* на работу фильтров, но и на процесс
распыливания топлива, так как могут забивать отверстия
форсунок.
Экспериментально установлено, что в газотурбинных топли-
©ах увеличивается содержание фактических смол, выпадает
осадок при хранении в течение 12 мес при 20—25°С.
Интенсивное образование смолистых веществ и осадков наблюдается при
еагревании газотурбинного топлива до 135—150°С.
Эффективных антиокислительных присадок для газотурбинных топлив
пока не нейдено.
7.1.3. Коррозионная активность
Коррозионная активность газотурбинных топлив связана с
содержанием в них сернистых соединений и концентрацией
ванадия и натрия в зольной части. Все соединения серы сгорают с
образованием SO2 и SO3 и при невысоких температурах в
результате конденсации продуктов сгорания образуются сернистая
"И серная кислоты. Процесс протекания коррозии в этом случае
аналогичен процессу коррозии в других двигателях.
В условиях газовых турбин при высокой температуре отра-
'ботавших газов их конденсация в турбине вообще может и не
происходить. Однако в топливо- и воздухоподогревателях ча-
1Уо

стичная конденсация продуктов сгорания возможна.
Естественно, коррозия, вызванная продуктами сгорания сернистых
соединений, опасна при остановках газовых турбин. С целью
устранения коррозионного воздействия сернистых топлив на детали
топливной системы и для нейтрализации сернистых соединений в
продуктах сгорания можно использовать присадки.
Эффективным оказалось введение в камеры сгорания аммиака,
добавление в топливо аммониевых солей, нитратов и карбонатов
щелочных металлов и т. д.
Особый вид коррозии возникает на стенках камер сгорания
газовых турбин и топочных устройств под слоем отложений,
содержащих ванадий и натрий. Ванадий обладает переменной
валентностью, максимальная его валентность в соединениях с
кислородом равна 5. В условиях газовых турбин и топочных
устройств сгорание протекает при большом избытке кислорода, что
способствует образованию оксида ванадия V2O5, ванадатов
металлов, натрия и железа. Эти соединения ванадия имеют
температуру плавления в пределах 600—900°С, т. е. близкую к
рабочей температуре некоторых деталей газовых турбин. Кроме
того, оксид ванадия V2O5 при высоких температурах
взаимодействует с соединениями натрия, образуя легкоплавкие ванадаты
натрия — NaVCb и Na^Cb температура плавления которых
около 650°С.
Соединения ванадия и натрия отлагаются на поверхностях
проточной части турбин и топочных устройств в полужидком
состоянии, при этом они вследствие большой липкости
задерживают и связывают другие зольные элементы.
Проявляя переменную валентность, ванадий в условиях
полужидких отложений может восстанавливаться, вызывая
окисление других веществ (напри-мер, металлов стенок камер
сгорания), и может снова окисляться избытком кислорода:
> FeO + V2O4
Возможно восстановление ванадия и до трехвалентного
состояния
4Fe + 3V2O5
V2O3
при этом оксид железа Fe2O3 может реагировать с V2O5 с
образованием новых ванадатов:
Fe2O3 + V2O5
7Fe + 8FeVO4 -,
v2o3 + o2.
■ v 2FeVO4
► 5Fes04 + 4V2O3
—»• v2o3
Таким образом, оксиды ванадия являются как бы
переносчиками кислорода из газовой фазы к металлу, вызывая ускоре-
196

Соде о та ние Na 2SQ4,
ние процессов окисления
металлов. В результате
ванадиевой коррозии на
поверхности металлов
образуется пористый слой,
обеспечивающий доступ
кислорода и оксида ванадия
V2O5 к чистому металлу.
При ванадиевой коррозии
наблюдается межкрнстал-
литное разрушение
металла вплоть до прогара камер
сгорания, отрыва лопаток,
коробления стенок жаровой
трубы, нарушений в работе
направляющего аппарата и
т. д.
Рассматривая механизм
ванадиевой коррозии,
необходимо отметить роль нат- „ Ап о
1 т-г Рис. 49. Зависимость коррозии стали
рия в этом процессе. При (ПОтеря массы) от соотношения
воздействии на сталь чи-с- V2O5: Na2SO4 в золе при различной
ТОГО оксида V2O5 коррозии температуре (длительность испытания
не наблюдается; сульфат 60 ч)-
натрия Na2SO4 также не
вызывает коррозии, а смесь V2O5 и Na2SO4 вызывает
интенсивную коррозию стали. На рис. 49 показаны результаты
опытов по изучению влияния золы, состоящей из V2O5 и Na2SO4,
на коррозию стали при различных температурах. Максимум
коррозии наблюдается при массовом соотношении V:Na =
= 13: 1. Высказано предположение (и есть некоторые
экспериментальные данные), что при высоких температурах в
результате взаимодействия соединений ванадия и натрия образуется
ванадилванадат натрия Na2O-V2O4-5V2O5 с температурой
плавления 625 °С. В этом соединении соотношение V:Na примерно
такое же, как в золе, которая вызывает наибольшую коррозию.
Предполагают, что низкоплавкие ванадаты NaVO3 и Na2V2O/
воздействуют на защитную пленку оксидов железа,
способствуя ускорению протекания основного коррозионного процесса.
Борьба с ванадиевой коррозией ведется в следующих
направлениях: создание металлических сплавов или покрытий,
стойких к ванадиевой коррозии; разработка способов удаления
из топлив ванадия и натрия; введение в топливо
антикоррозионных присадок.
Все сплавы, применяемые в настоящее время в
газотурбостроении в большей или меньшей степени подвержены
ванадиевой коррозии. Никельсодержащие сплавы более устойчивы, чем
сплавы на железной и кобальтовой основе. Введение в сплав
молибдена снижает стойкость против ванадиевой коррозии.
197

Удовлетворительную защиту от ванадиевой коррозии удается
достичь применением многослойных покрытий.
Ванадий в нефтях и топливах содержится в виде сложных
азотистых соединений — порфиринов. Наибольшее количество
ванадия содержится в высокосмолистых сернистых и
высокосернистых нефтях. В дистиллятных топливах ванадия меньше,
чем в остаточных топливах:

Содержание
Топливо ванадия, %
не более
Легкое дистиллятное газотурбинное топливо, из малосернистых 0,0003
нефтей
Тяжелое дистиллятное газотурбинное топливо из сернистых нефтей 0,0007
Мазут прямой перегонки из сернистых нефтей 0,007
Мазут топочный 0,01
Крекинг-остаток 0,02
Испытания показали, что сернистые мазуты, содержащие
до 0,01% ванадия, и малосернистые мазуты, содержащие до
0,005% ванадия, из-за сильной коррозии не могут быть
топливом для газовых турбин. В качестве топлив рекомендованы ди-
стиллятные фракции с температурой конца кип'ения 480°С,
получаемые из продуктов прямой перегонки, а также фракций
вторичного происхождения. Снижение общего количества
зольных отложений в камерах сгорания достигают за счет обессо-
ливания нефтей, взятых в переработку, и водной промывки
топлив. При обессоливании нефтей снижаются их зольность и
концентрация в них натрия. При промывке топлив
извлекаются золообразующие вещества, что позволяет снизить зольность
в несколько раз. Уменьшение количества зольных отложений и
изменение их состава ведут к снижению коррозионного
поражения металлических поверхностей в газовых турбинах и
топочных устройствах. Несмотря на трудности извлечения
ванадия из нефтей, полагают, что со временем нефти станут
основным источником ванадия и некоторых других металлов для
многих отраслей промышленности.
Наиболее эффективным средством борьбы с ванадиевой
коррозией в настоящее время является введение присадок.
Эффективными присадками оказались сульфонаты меди, цинка,
кальция и магния, соединения кобальта, полипропиленгликоли и
т. д. Присадки переводят низкоплавкий оксид ванадия V2O5 или
ванадилванадат натрия в высокоп'лавкие продукты. Например,
значительное снижение коррозии при добавлении 0,02% магния
объясняется образованием высокоплавкого ванадата магния
Mg3(VO4)2. А это соединение образует сухие порошкообразные
отложения, которые не оказывают сильного коррозионного
действия. Практическое применение получили присадки,
содержащие магниевые соли синтетических жирных кислот Си—С2о и
окисленного петролатума. Они снижают интенсивность
ванадиевой коррозии в 4—10 раз.
198

7.2. ТОПЛИВА ДЛЯ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Давно известно, что тяжелые жидкие остатки после перегонки
нефти — мазуты — являются хорошим топливом. Они дают в
полтора раза больше тепла, чем каменный уголь, и в три раза
больше, чем дрова. Но как сжигать мазуты? В виде мелких:
струй или капель, с большой ли поверхности после разлива
мазута в широких сосудах? Все эти способы положительных
результатов не дали, так как появлялась сильная копоть,
сгорание было неполным и необходимых температур в топках
достичь не удавалось.
Первенство изобретения промышленного способа сжигания
мазутов принадлежит выдающемуся русскому ученому —
инженеру В. Г. Шухову. Он предложил сжигать мазут в
мелкораспыленном состоянии и сконструировал специальную
форсунку. В этой форсунке мазут с помощью водяного пара
превращался в мельчайшую пыль. Распыленный паром мазут в
камере сгорания довольно быстро испаряется и полностью сгорает.
Изобретение форсунки произвело подлинную революцию в
технике. Появилась возможность создавать паровые котлы и
промышленные печи с очень высоким тепловым напряжением
топочного пространства.
Распыливание гфи помощи пара оказалось настолько
эффективным, что оно с успехом применяется уже более 100 лет
вплоть до настоящего времени. Однако следует отметить, что
сжигание мазутов в топках паровых котлов является одним из
самых малопроизводительных способов использования этого
ценного сырья для нефтепереработки и нефтехимии. Поэтому в
настоящее время поставлена задача углубить переработку
нефти, увеличить выход из нефти бензина, дизельного и
реактивного топлива за счет сокращения выхода мазута и других
тяжелых остатков нефтепереработки. В качестве котельных топлив
шире будут использовать природный газ, пылевидные топлива,
жидкие продукты переработки угля, сланцев и т. д.
Котельные установки предназначены для нагрева воды и
получения перегретого пара. Обычно такой пар используют далее
в паровых турбинах. Принципиально устройство паротурбинных
установок сходно с устройством газовых турбин. Рабочим телом
в паровой турбине служит перегретый водяной пар. Основными
элементами тошливной системны являются насос и форсунка. Вся
топливная система имеет те или иные особенности в
зависимости от назначения котельной установки.
Паротурбинные установки эксплуатируются в различных
областях техники. Их устанавливают на кораблях, морских и
речных судах, а также на электростанциях, насосных и других
установках.
Топлива для топок судовых и стационарных котельных
установок, а также для промышленных печей (мартеновских и
других) получают смешением тяжелых фракций и остатков прак-
199

тически после всех процессов нефтепереработки. Поэтому
состав котельных топ'лив и их свойства весьма различны и
определяются набором установок на данном
нефтеперерабатывающем заводе.
По области применения жидкое котельное топливо
разделяют на два вида: 1) мазуты флотские — топлива нефтяного
происхождения, повышенных качеств для кораблей и судов
морского и речного флота; 2) мазуты топливные — для
стационарных котлов, промышленных печей и т. д. В соответствии с
таким делением мазуты различаются по своим эксплуатационным
свойствам.
7.2.1. Испаряемость, воспламеняемость и горючесть
Испарение и сгорание топлива в топках паровых котлов
осуществляется в факеле распыленного топлива. В топочную камеру
непрерывно подается топливо и воздух. Топливо распыливает-
ся, смешивается с воздухом, испаряется и сгорает. Скорость
сгорания лимитируется в первую очередь скоростью испарения
топлива. Для улучшения качества расп'ыливания и ускорения
процесса испарения топливо перед впрыском подогревается до
температуры 65—100°С.
Важное значение имеет теплота сгорания мазута. От нее
зависят дальность и продолжительность плавания корабля.
Теплота сгорания котельных топ'лив — остатков от прямой
перегонки нефти на 2,0—3,5% выше теплоты сгорания вязких
крекинг-остатков. Причем важна не столько массовая теплота
сгорания, сколько объемная, так как объем топливных цистерн на
корабле строго ограничен. При тепловых расчетах запаса хода
на корабле учитывают теплоту сгорания безводного и
беззольного топлива. В табл. 41 дан типичный состав мазутов и их
низшая теплота сгорания.
Таблица 41. Состав и теплота сгорания мазутов
Показатели
Содержание, %
углерода
водорода
серы
кислорода
азота
золы
воды
Низшая теплота
сгорания, кДж/кг
Мазут
флотский
82,42
11,47
0,8
0,7
0,21
0,15
2,0
40 433,5
топочный
малосернистый
85,3
10,2
0,5
0,7
0,7
0,3
3,0
39 008,9
топочный
высокосернистый
83,4
10,0
2,9
0,4
0,4
0,3
3,0
38 422,3
200

7.2.2. Прокачиваемость
Прокачиваемость котельных топлив зависит от их вязкости и
температуры застывания. Вязкость мазута тем больше, чем он
тяжелее и чем выше его смолистость. Мазуты прямой
перегонки имеют сравнительно пологую вязкостно-температурную
кривую до 0°С. Имея низкую температуру застывания, они легко
транспортируются и перекачиваются при температуре около
0°С. Вязкость крекинг-мазутов при понижении температуры
увеличивается более резко, а мазуты из парафинистых нефтей
имеют особенно крутые вязкостно-температурные зависимости.
Вязкость сернистых мазутов намного превышает вязкость
несернистых при охлаждении их до температуры 10°С и ниже.
Для мазутов важное значение имеет аномалия вязкости.
У всех мазутов при низких температурах наблюдается
структурная вязкость, т. е. вязкость зависит от градиента скорости
течения. С повышением скорости перемещения слоев топлива
вязкость уменьшается до определенного предела. Вот эту
минимальную для данной температуры вязкость, которая уже не
зависит от скорости сдвига, называют остаточной (с разрушенной
структурой) или минимальной. У сернистых ггрямогонных и
крекинг-мазутов структурообразование выражено сильнее, чем у
малосернистых. У них отношение максимальной вязкости к
минимальной при 0°С достигает 5—7. Аномалия вязкости
котельных топлив обусловлена присутствием высокомолекулярных ал-
канов и асфальтено-смолистых веществ. На рис. 50
представлена типичная зависимость динамической вязкости мазутов от
скорости сдвига. По мере того, как скорость сдвига увеличивается,
динамическая вязкость мазута уменьшается. Когда вся
структура полностью разрушена, наблюдается минимальная вязкость.
Образование структуры значительно ухудшает
прокачиваемость мазутов при низких температурах. В зимнее время все
операции с мазутами можно производить только после их
подогрева. Например, для слива флотские мазуты надо подогреть
не менее чем до 20—30 °С, а топочные — до 40—60 °С.
Вязкость мазутов
изменяется в зависимости от степени
их обводненности: чем больше
воды, тем сильнее возрастает
вязкость мазута. Вода в
мазутах может содержаться в
больших количествах. Зимою
Рис. 50. Зависимость напряжения
сдвига и динамической вязкости
флотского мазута Ф-5 от скорости
сдвига: То — начальное
напряжение сдвига, Па.
1Q 100
Скорость сдвига^-1
1000-
201

мазут часто разогревают острым паром, и весь конденсат
остается в топливе. Если вода в топливных баках распределена по
всему объему мазута равномерно, то она большой опасности
не представляет. Но если вода располагается в мазуте слоями
или полостями, то возможна подача в топку одной воды и срыв
пламени. Возобновление подачи мазута после срыва пламени
может привести к взрыву.
При попадании воды в котельное топливо образуется
довольно стойкая эмульсия. Стабилизаторами такой эмульсии
являются асфальтены, мыла нафтеновых кислот и некоторые
смолы. В сернистых мазутах, особенно в продуктах крекинга,
образуются более стойкие эмульсии. Для разрушения эмульсии и
отделения воды котельные топлива нагревают до температуры
40—140°С и отстаивают длительное время.
Наиболее эффективным методом разрушения водных
эмульсий в топливе является применение специальных присадок —
деэмульгаторов. Для котельных топлив в качестве деэмульгато-
ров можно использовать органические жирные кислоты,
натриевые соли сульфокислот, оксиэтилированные фенолы, известные
под марками ОП-7 и ОП-10.
Температура застывания котельных топлив — величина не
пюстоянная. Ока подвержена значительным изменениям в
зависимости от температуры и длительности нагрева, скорости
охлаждения, содержания воды, длительности хранения и ряда
других факторов. Особенно заметна нестабильность
температуры застывания у топлив, полученных смешением прямогонных и
вторичных компонентов.
Данные по температуре застывания мазутов у отправителя
и потребителя могут не совпадать на 5—10°С и более.
Стабилизировать и даже понизить температуру застывания мазутов
можно введением 2—4% экстракта фенольной очистки или
добавлением легкого газойля каталитического крекинга и
коксования. Весьма эффективно снижают температуру застывания
мазутов депрессорные присадки. Так, сополимеры этилена с ви-
нилацетатом (отечественные присадки ВЭС-407 и ВЭС-408) в
концентрации от 0,05 до 0,20% снижают температуру
застывания мазутов на 20—25°С. Эти присадки снижают вязкость
мазутов в интервале температур плюс 10—0°С.
Надежность подачи мазутов в топки зависит также от
содержания в топливе механических примесей и зольных
элементов. В топливных системах паросиловых установок
устанавливают специальные фильтры, которые предотвращают
механический и эрозионный износ насосов и форсунок. Снижение
содержания механических примесей и зольности мазутов улучшает
их эксплуатационные свойства, позволяет повысить надежность
. и долговечность работы паросиловых установок.
202

7.2.3. Стабильность, склонность к образованию отложений
и коррозионная активность
Стабильность и склонность к образованию отложений зависят
от состава, т. е. от количества и качества компонентов, взятых для
компаундирования (смешения). В продуктах термических
процессов содержится много алкенов, которые на воздухе
интенсивно окисляются с образованием смолистых отложений и
осадков, обладающих большой липкостью. В состав таких
отложений входят механические примеси, вода, масло и др. Осадки,
отложения и плотные сгустки засоряют трубопроводы, трубки
змеевиков, полости насосов, фильтры и форсунки. Чем больше
в топливах смолистых веществ, тем больше осадков и
отложений может образоваться в топливных системах.
Котельные топлива содержат смолы, асфальтены, карбены
и карбоиды. Наиболее сильно ухудшают свойства топлив
асфальтены. Общее содержание смолистых веществ в котельных
топливах довольно точно характеризуется их коксуемостью.
Выпадение осадков в тяжелых остаточных топливах
возможно при смешении мазутов различного происхождения или при
разбавлении тяжелых топлив легкими продуктами. Это явление,
по-видимому, связано с разной растворимостью
высокомолекулярных смолистых веществ в углеводородах различного
строения. Вероятно, выпадение осадков при смешении обусловлено
изменением толщины сольватных оболочек таких
надмолекулярных структур, как асфальтены.
Присутствие смолистых веществ в топливах ведет и к
образованию нагара в топках. Нагары наряду с зольными
отложениями нарушают организацию процесса сгорания в топках,
теплопередачу от стенок к воде, увеличивают термические
напряжения в металле трубок и стенок котлов. Источником
образования зольных отложений в паросиловых установках являются
соли минеральных и органических кислот различных металлов
и механические примеси, присутствующие в топливах. Чем
выше зольность топлива, тем чаще наблюдаются нарушения в
работе котельных установок. Зольные отложения ведут к
снижению к. п. д. котельной установки. Зольность флотских мазутов
не должна превышать 0,1%, топочных — 0,15—0,3%.
Коррозионная активность мазутов определяется в основном
содержанием соединений серы и ванадия. Содержание серы во
флотских мазутах допускается до 2,0%, а в топочных — до
3,5%. Коррозионное воздействие продуктов сгорания серы
наблюдается в самых холодных местах, где возможна
конденсация продуктов сгорания.
Ванадиевой коррозии (см. раздел 7.1.3) подвержены
металлические поверхности деталей топки и котла, имеющие
высокую температуру. Содержание ванадия в котельных топливах
не нормируется, однако может быть в пределах от 0,003 до
0,020%.
203

7.3. СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ГАЗОТУРБИННЫЕ
И КОТЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА
Широкое использование газовых турбин в народном хозяйстве
потребовало разработки специального, относительно дешевого
вида нефтяного топлива. Основное требование к качеству
газотурбинного топлива — низкое содержание в нем ванадия,
натрия и калия, вызывающих коррозию камер и лопаток газовых
турбин. В результате исследований установлено, что такие
топлива должны быть получены на базе дистиллятных фракций с
температурой конца кипения 48О'°С. Это — фракции прямой
перегонки, термического и каталитического крекинга, коксования.
Требования к качеству такого топлива первой категории
качества (ТГ) представлены в табл. 42. Там же приведены
требования на газотурбинное топливо высшей категории качества —
ТГВК, в котором предусматривается снижение содержания
ванадия с 0,0004 до 0,0002% и ограничение на содержания натрия
и калия в сумме ^0,0005%. Разработано специальное топливо
(ТГП) для газотурбинных установок, которые являются
приводом в пиковых электростанциях. Ранее для всех этих установок
использовали дизельное топливо из нефтей нафтенового
основания. Увеличение числа пиковых электростанций с
газотурбинным приводом потребовало расширить ресурсы этого топлива.
Таблица
42.
Требования
Показатели
К
качеству
топлива для
ТГВК
газотурбинных установок
Нормы для марки
ТГ | ТГП*
Вязкость условная при 50 °С, °ВУ,
не более
Теплота сгорания низшая, кДж/кг,
не менее
Зольность, %, не более
Содержание, %, не более
ванадия
натрия
суммы натрия и калия
серы
Содержание сероводорода
Коксуемость, %, не более
Содержание водорастворимых кислот
и щелочей
Содержание механических примесей,
%, не более
Содержание воды, %, не более
Температура, °С
вспышки в закрытом тигле, не
ниже
застывания, не выше
Йодное число, г 12/100 г, не более
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более
3,0
39800
0,01
0,0002
0,0002
0,0005
1,0
0,5
0,02
0,2
65
5
20
935
3,0
39800
0,01
0,0004
2,5
Отсутствие
0,5
Отсутствие
0,03
0,5
61
5
45
935
1,6
39800
0,01
0,0005
0,0005
1,8
0,2
0,02
0,1
65
5
* Топливо нефтяное для пиковых газотурбинных установок.

Таблица 43. Требования к качеству мазутов
Показатели
Вязкость при 50 °С, не более
условная, °ВУ
соответствующая ей
кинематическая, мм2/с
Вязкость динамическая при 0 °С,
Па-с, не более
Зольность, %, не более
Содержание, %, не более
механических примесей
воды
серы
Коксуемость, %, не более
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более
Температура вспышки, °С, не ниже
в закрытом тигле
в открытом тигле
Температура застывания, °С, не выше
для мазута из высокопарафинистых
нефтей
Теплота сгорания низшая в пересчете
на сухое топливо, кДж/кг, не менее
для малосернистого и сернистого
мазутов
для высокосернистого мазута
• При 50 °С; ** При 80 °С.
Ф-5
5,0*
36,2
0,1-27
0,05
0,10
0,3
2,0
6,0
955
80
—
Минус 5
—
41 454
—
Нормы ,
Ф-12
12,0*
—
—
0,10
0,12
0,3
0,6
6,0
960
90
—
Минус 8
—
. 40 740
—
цля марок
40
8,0**
59**
—
0,12
0,80
1,5
3,5
—
965
—
90
10
25
—
39900
100
16,0**
118**
—
0,14
1,5
1,5
3,5
—
1015
—
110
25
42
40 530
—
Жидкие котельные топ'лива получают из тяжелых остатков
различных процессов переработки нефти, углей и сланцев.
Наиболее широко применяют котельные топлива нефтяного
происхождения. Сланцевый мазут получают на установках
полукоксования горючих сланцев. Сланцевое масло после
нейтрализации используют как котельное топливо. Смолы и остаток после
п'ерегонки смол при полукоксовании углей используют как
угольный мазут. Сланцевый и угольный мазут используют
ограниченно, в основном в тех районах, где есть предприятия
коксохимической и сланцеперерабатывающей промышленности.
На паротурбинных установках кораблей и на судах речного
и морского флота применяют флотские мазуты марок Ф-12 и
Ф-5. Мазут Ф-5 получают смешением мазута прямой
перегонки сернистых нефтей, гудрона, полугудрона с дистиллятными
фракциями прямой перегонки и вторичных процессов. Мазут
Ф-12 представляет собой смесь продуктов переработки
малосернистых нефтей.
Флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 различаются между собой по
вязкости и содержанию серы. В мазуте Ф-5 допускается
содержание серы до 2%, в мазуте Ф-12 — не более 0,6%. Вязкость
условная при 50°С мазута Ф-5 на более 5°С ВУ, а мазута Ф-12—

не более 12°С ВУ. Флотские мазуты имеют более низкую
температуру застывания, чем топочные мазуты других марок
(табл. 43). Для улучшения сгорания флотских мазутов к ним
добавляют противонагарную и антикоррозионную присадку
ВНИИ НП-102 или ВНИИ НП-103 в количестве 0,2%.
Компаундирование остаточных и дистиллятных фракций при
производстве флотских мазутов ведет к получению товарного
продукта с нестабильным значением температуры застывания.
Испытаниями показано, что крекинг-остаток, легкие газойли
каталитического крекинга и коксования являются естественными
депрессорами, и в сочетании с дизельными фракциями они
способны стабилизировать температуру застывания мазутов.
Однако для получения таких мазутов нужно слишком много
дефицитного дизельного топлива. Более эффективный способ
стабилизации и снижения температуры застывания мазутов —
введение депрессорных присадок ВЭС-407 и ВЭС-408. В перспективе
производство флотских мазутов с депрессорными присадками
будет расширяться. Гарантийный срок хранения флотских
мазутов — 5 лет.
Наиболее массовыми котельными топливами являются ма«
зуты топочные марок 40 и 100. Они предназначены для всех
котельных и нагревательных установок и их выпускают с
различным содержанием серы. Малосернистые — с содержанием серы
от 0,5 до 1,0%, сернистые — от 1,0 до 2,0% и
высокосернистые — до 3,5%.
Раздел II
ХИММОТОЛОГИЯ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ
ГЛАВА 8
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ ХИММОТОЛОГИИ СМАЗОЧНЫХ
МАСЕЛ
8.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ
Практически любое смазочное масло представляет собой
масляную основу — базовое масло, в которую вводят присадки
разного функционального назначения. Различают два подхода
к классификации смазочных масел: 1) по происхождению
(способу получения) масляной основы и 2) по назначению (способу
применения) готового продукта.
По происхождению все смазочные масла делят на нефтяные,
или минеральные, синтетические и смешанные, содержащие в
своем составе в разных соотношениях нефтяной и синтетический
компоненты. По назначению смазочные масла подразделяют на
моторные, газотурбинные (реактивные), трансмиссионные,
индустриальные и масла другого назначения.
206

'Под моторными маслами понимают те смазочные масла,
которые предназначены для смазки поршневых двигателей
внутреннего сгорания — карбюраторных, дизелей, поршневых
авиационных. Эту группу называют также маслами для поршневых
двигателей.
К газотурбинным относят масла, предназначенные для
смазки двигателей внешнего сгорания, — газотурбинные установки.
Эту грушу называют также маслами для газотурбинных
двигателей.
Трансмиссионными называют масла, используемые для
смазки цилиндрических, конических, спирально-конических и
гипоидных передач, зубчатых редукторов, а также некоторых других
трущихся соединений (шарниров и т. д.). Трансмиссионные
масла в свою очередь подразделяют на масла для
механических, гидромеханических и гидростатических передач. К группе
трансмиссионных относят также редукторные и осевые масла.
В группу индустриальных включают масла, используемые
для смазки машин и механизмов различного промышленного
оборудования, например станков, направляющих скольжения,
промышленных редукторов и т. д. К этой же группе относят и
масла для прокатных станов и приборные.
Масла различного назначения — это компрессорные,
цилиндрические, холодильные и турбинные масла. Их используют
соответственно для смазки компрессоров, паровых и холодильных
установок и т. д.
В последние годы, исходя из экономических и технических
соображений, осуществляется унификация смазочных масел в
технике. Она заключается в сокращении числа используемых
сортов масел и в расширении областей их применения. В более
широком смысле унификация выражается в стирании в
определенных условиях граней между маслами разного назначения.
Независимо от области применения смазочные масла
выполняют следующие основные функции:
1) уменьшают трение, возникающее между сопряженными
деталями;
2) снижают их износ и предотвращают задир;
3) отводят тепло от трущихся деталей;
4) защищают трущиеся поверхности и другие
неизолированные детали от коррозионного воздействия внешней среды.
Ниже в соответствующих главах рассмотрены свойства
смазочных масел разного назначения.
8.2. ТРЕБОВАНИЯ К ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ
СВОЙСТВАМ МАСЕЛ
С учетом выполняемых функций требования к маслу
определяются его назначением, особенностями применения и условиями
работы машины или механизма, для которого предназначен
данный смазочный материал. Общие требования к смазочным
маслам можно сформулировать следующим образом.
207

Масла должны обладать:
оптимальными вязкостно-температурными свойствами для
облегчения запуска машин и механизмов при низких
температурах окружающего воздуха, для снижения износа трущихся
деталей и уменьшения потерь мощности машины или
механизма на трение;
хорошими смазывающими свойствами для обеспечения
надежной смазки на всех режимах работы объекта;
достаточной антиокислительной стойкостью, препятствующей
значительному изменению химического состава масла в
процессе его работы;
хорошими моющими свойствами с целью» снижения
склонности к образованию отложений на нагретых металлических
поверхностях и в системе смазки;
высокими противокоррозионными свойствами по отношению
к конструкционным материалам, особенно цветным металлам и
сплавам при рабочих температурах масла;
удовлетворительными защитными свойствами для
предохранения металлов от атмосферной коррозии прежде всего в
период остановки машины или механизма.
Кроме того, смазочное масло должно обладать: низкой
испаряемостью, малой пенообразующей способностью и эмульги-
руемостью, не должно оказывать отрицательного воздействия на
упшотнительные материалы, не отличаться высокой
токсичностью и не подвергаться биоповреждениям, а также не вызывать
загрязнения окружающей среды, не изменять своих свойств при
хранении, легко транспортироваться и перекачиваться.
Из перечисленных свойств общими для всех групп масел
являются смазочные, противокоррозионные, антиокислительные
свойства, в то время как другие, например, моющие,
характерны только для смазочных масел определенного назначения.
Ряд свойств являются основными только в соответствующих
условиях применения. Так, биостойкость становится наиболее
важной характеристикой при использовании масел во влажной
атмосфере тропического климата и т. д.
8.3. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
Рассмотрим основные эксплуатационные свойства смазочных
масел, уровень которых в значительной степени определяет и
область применения. К числу важнейших свойств относятся
смазочные, вязкостные, противокоррозионные,
антиокислительные, моющие и защитные.
8.3.1. Смазочные свойства
При касании твердых тел неизбежен процесс трения. В
зависимости от условия и характера работы между контактируемы-
ми поверхностями реализуется либо трение покоя, либо трение
208

л
Д
V
ш
Число доммерсрельда
Рис. 51. Зависимость коэффициента
трения от числа Зоммерфельда (кривая
Штрибека):
/ — область граничного трения; // — область
смешанного трения; /// — область
гидродинамического трения.
движения. В свою очередь,
последнее подразделяется
на трение скольжения и
трение качения. Каждый из
указанных видов трения
может осуществляться как
без смазки (сухое трение),
так и со смазкой. В
зависимости от толщины слоя
смазки различают
граничное, жидкостное или
гидродинамическое трение.
Вероятность появления
того или иного вида трения
в присутствии смазочной
среды зависит от числа
Зоммерфельда — i\v/P,
характеризующего такие
параметры процесса, как вязкость масла —т], скорость
перемещения контактируемых тел — v и приложенную нагрузку — Р
(рис. 5.1). На данной кривой режимы граничного (I) и
гидродинамического (III) трения разделены промежуточной об*
ластью эластогидродинамического, или
упруго-гидродинамического трения.
Гидродинамическое, или жидкостное, трение характеризуется
полным разделением контактируемых тел слоем смазочного
материала. Эластогидродинамический — такой вид смазки*, при
котором трение и толщина, слоя смазочного материала между
трущимися поверхностями определяются свойствами материала
поверхности трения и маслом. Данный режим, как правило,
реализуется на переходных режимах работы узлов трения.
Наиболее неблагоприятным и опасным режимом трения
является граничный. Он характеризуется минимальной толщиной
смазочной пленки, высокими значениями коэффициента и силы
трения, а также повышенным износом пар трения, т. е.
уменьшением их размеров и изменением формы. В результате
повышенного износа происходят задир и заедание поверхностей
трения. При этом затрудняется перемещение контактируемых тел
вплоть до их полной остановки, что в итоге приводит к
полному разрушению узла трения.
В зависимости от режима и условий работы различают
несколько видов изнашивания: механическое, коррозионно-механи-
ние дитиофосфата возможно как по радикальному, так и по
верхности трения к выкрашиванию) и др. Механическим
называют изнашивание в результате механических воздействий. Кор-
розионно-механическое изнашивание имеет место при химиче-
* Правильнее называть процесс смазыванием, а продукт смазкой. Однако,
в специальной литературе допускаются исключения.
14-1354 209>

ском или электрохимическом взаимодействии материала пары
трения со смазочной средой, протекающем при механических
воздействиях. Абразивное изнашивание происходит в
результате режущего или царапающего действия на материал
трущейся пары твердых частиц — абразива, попадающих в зону
контакта. Усталостное изнашивание (осповидный износ, или пит-
тинг) получается при наличии ударных нагрузок и
деформировании микрообъемов трущихся тел.
Смазочные свойства относят к наиболее общим понятиям,
объединяющим несколько свойств масел, которые влияют на
процесс трения и изнашивания контактируемых поверхностей в
машинах и механизмах. Основными из этих свойств,
составляющих смазочное действие масел, являются противоизносные,
противозадирные и антифрикционные свойства.
Масла без присадок, т. е. базовые масла, как правило, не
обеспечивают снижения трения и износа современных узлов
трения. Они не обладают достаточной смазочной способностью.
Повышение смазочной способности современных масел
достигается при введении в их состав гприсадок — антифрикционных,
противоизносных, противозадирных.
Антифрикционные, противоизносные, и противозадирные
присадки призваны снижать соответственно трение, износ и
задир трущихся поверхностей. Их действие обусловлено двумя
факторами: адсорбцией присадок на металле и химической
активностью молекул (присадки) гю отношению к материалам
пары трения. Эффективность действия присадки определяется ее
химическим строением и составом, а также условиями трения.
Действие антифрикционных присадок связано в основном с
их адсорбцией на металле, в то время как действие
противозадирных — с возможностью образования химически
модифицированных слоев на поверхности трения. Эта способность
проявляется преимущественно при высоких удельных нагрузках в
момент значительного генерирования тепла в зоне трения.
Качественно характер модифицированных слоев зависит от
химического состава используемых присадок. Например, при
использовании хлорсодержащих присадок на поверхности
металла происходит образование хлоридов, серосодержащих
присадок — сульфидов, фосфорсодержащих присадок — фосфидов.
Вместе с тем химический состав пшенок в значительной
степени зависит от атмосферы и условий трения, в частности
нагрузки и температуры. Так, при низких нагрузках независимо от
природы присадки на поверхности металла образуются главным
образом оксидные пленки. С повышением нагрузки в составе
пленок увеличивается доля активного элемента, содержащегося
в присадке (серы, фосфора или хлора).
Механизм действия хлорсодержащих соединений и
повышение их смазочных свойств при трении заключается в
образовании на металле пленок хлоридов или сложных хлорорганиче-
ских солей железа. Модель противоизносного действия серосо-
210

держащих соединений и, в частности, дисульфидов
предполагает адсорбцию присадки на поверхности металла и последующую
диссоциацию молекул по связи S—S с образованием
достаточно прочных соединений с металлом. А механизм действия ди-
тиофосфатов цинка связан с их термическим распадом и
образованием на поверхности трения полимерной пленки;
разложение дитиофосфата возможно как по радикальному, так и по
ионному механизму.
Сульфидная и хлоридная пленки обладают пластичной струк*
турой и пониженным коэффициентом трения за счет меньшего
напряжения сдвигу соответствующих модифицированных слоев
по сравнению с чистыми металлами. Пленки сульфидов, в
частности, могут быть гексагональной, кубической или
ромбоэдрической структуры. Коэффициент трения при образовании
сульфидной пленки сравнительно высокий и составляет 0,5.
Хлоридная пленка, напротив, имеет низкое касательное напряжение
сдвига и ее коэффициент трения равен «0,2.
В последние годы особый интерес приобретают такие
добавки к смазочным маслам, которые помимо износа могут снизить
и трение сопряженных пар. Такое сочетание свойств имеет
большое значение, поскольку благоприятно сказывается на
энергетических показателях работающего объекта, например
двигателя, что позволяет сократить расход топлива за счет
снижения потерь мощности на трение.
За рубежом соединения подобного тип'а получили название
«модификаторов трения», или «присадок, снижающих трение»;
в отечественной литературе их называют
«высокотемпературными антифрикционными присадками».
В качестве модификаторов трения применяют коллоидные
дисперсии нерастворимых в масле соединений (дисульфида
молибдена, графита). Однако перспективы применения
вследствие образования более устойчивых растворов имеют маслораст-
воримые соединения. Среди этих соединений наибольшую
эффективность проявляют маслорастворимые соединения Мо.
Как у нас в стране, так и за рубежом самым
распространенным методом оценки смазочных- свойств масел является
испытание на четырехшариковой машине трения (ЧШМ).
Наилучшим по уровню смазочных свойств считается образец, имеющий
большее значение критической нагрузки заедания Рк, нагрузки
сваривания Рс и меньшее значение диаметра пятна износа с1и.
8.3.2. Вязкостные свойства
Под вязкостными свойствами в широком смысле понимают такие
свойства смазочных масел, которые характеризуют их вязкость
в заданных условиях работы и зависимость вязкости от
температуры, давления и приложенного напряжения сдвига.
С уменьшением вязкости масла при прочих равных
условиях, с одной стороны, облегчается работа машины или механизма
при низких температурах, снижаются потери мощности на тре-
W 211,

ние и сокращается расход тошшва: с другой стороны, снижение
вязкости способствует износу трущихся пар и повышает
вероятность вытекания масла через уплотнительные материалы, что
может привести к «масляному голоданию» узла трения и
выходу его из строя.
Вязкостью называют свойство жидкости оказывать
сопротивление взаимному перемещению ее слоев под действием внешней
силы. Это сопротивление возникает вследствие сил когезии
между молекулами жидкости.
При количественной интерпретации под вязкостью
понимают силу внутреннего трения F, равную величине и обратную по
направлению силе, приложенной извне. Эта сила
пропорциональна площади слоя жидкости, к которому она приложена, S,
и градиенту скорости между слоями dU/dx:
где ц — коэффициент пропорциональности, называемый
коэффициентом вязкости, или вязкостью.
Вязкость масел, как правило, оценивают в абсолютных или
условных единицах. Наибольшее распространение получило
выражение вязкости в абсолютных единицах; это вязкость
динамическая и вязкость кинематическая. Кинематическая вязкость
v^ с динамической r\t связана через плотность жидкости при
температуре опыта р* следующим выражением:
За единицу динамической вязкости при заданной
температуре if]t в системе СИ принята вязкость такой жидкости (масла),
которая оказывает сопротивление силой в 1 Н взаимному
сдвигу двух слоев жидкости площадью 1 м2, находящихся один от
другого на расстоянии 1 м и перемещающихся с относительной
скоростью 1 м/с. Данная единица имеет размерность
паскаль-секунда — Па • с (в системе измерений СГС единицей
динамической вязкости является пуаз П).
Единицей кинематической вязкости в системе СИ является
10~4 м2/с (в системе измерений СГС принят стоке Ст).
По характеру изменения вязкости различают несколько
типов масел, которые подразделяют на ньютоновские и
неньютоновские жидкости. К ньютоновским жидкостям относят те
масла, вязкость которых не зависит от приложенного напряжения.
Неньютоновскими жидкостями считают такие масла, вязкость
которых зависит от приложенного напряжения. Как правило, с
увеличением приложенного напряжения вязкость масел
снижается, а после его снятия восстанавливается практически до
начального значения (эффект временной потери вязкости).
Вязкость масел заметно меняется с температурой.
Изменение вязкости с температурой характеризует его
вязкостно-температурные свойства. С понижением температуры вязкость мас-
212

Таблица 44. Вязкостно-температурные свойства различных
образцов масел
Показатель
Вязкость кинематическая,
мм2/с
при 100°С
при 50 °С
при 0 °С
Вязкость динамическая,
мПа-с
при —10°С
при —20°С
при —30°С
при —40°С
А
10
40
600
1600
4000
25000
57000
Б
10
45
1000
2500
7500
29000
125000
Образцы
1 В
10
40
500
960
3200
12000
46000
масла
1
1 Г
10
40
800
2100
6500
60000
—
д
10
70
2600
8500
36000
200000
—
ла существенно возрастает. Высокая вязкость масла
затрудняет пуск или начало движения машины или механизма.
При определенной температуре масло вообще может
потерять подвижность. Эта температура носит название
температуры застывания масла. Ее определяют при постепенном
охлаждении масла в стеклянной пробирке, погружая последнюю в
охлаждающую смесь. Через 5 мин после того, как масло примет
температуру смеси, пробирку наклоняют под углом 45° и
оставляют ее в таком положении в охлажденной смеси еще 1 мин.
Затем пробирку вынимают и наклоняют: если при этом
уровень масла не сместится, то данную температуру считают
температурой застывания масла; если же уровень сместился,
операцию повторяют при более низкой температуре.
Высокая вязкость смазочных масел и потеря их
подвижности, определяемая температурой застывания, отражается на
надежности работы машин и механизмов, особенно в момент
пуска, и на сопротивлении вращению сопряженных узлов и
деталей, разделенных слоем смазки.
При выборе масла, как правило, стремятся к тому, чтобы
изменение его вязкости в заданном диапазоне температур было
бы незначительным — пологая вязкостно-температурная
кривая. Это облегчает эксплуатацию техники при низких
температурах и одновременно обеспечивает надежную смазку узла
трения при высоких (рабочих) температурах (табл. 44, масла А и В).
Для получения представления о характере
вязкостно-температурной зависимости масел используют различные
полуэмпирические уравнения, основанные на теоретических положениях
реологии. Например, применительно к ньютоновским жидкостям
прогнозирование вязкостно-температурных свойств масел
осуществляется с использованием следующих уравнений:
уравнение Рамайя % = g<c+D/r)2
уравнение Вальтера lg lg (vt + 0,8) = А — В lg T
где Л, В, С, D — постоянные для данного сорта масла.
213

Вязкостно-температурные свойства масел, или «пологость»
вязкостно-температурной кривой, могут характеризоваться
также безразмерной величиной — индексом вязкости. Масла,
обладающие пологой вязкостно-температурной кривой, имеют
высокий индекс вязкости. Так, минеральные масла, полученные по
обычной технологической схеме, имеют индекс вязкости до 70—
80. Использование гидрокрекинга в технологических процессах
позволяет получить масла с индексом вязкости более 100.
Загущение маловязких минеральных основ полимерными
присадками, так называемые загущенные масла, позволяет довести
индекс вязкости минеральных масел до ПО и более. Повышение
индекса вязкости минерального масла возможно при его
смешении (компаундировании) с синтетическими веществами, в
частности с эфирами.
В практике использования масел большое значение имеет
также зависимость их вязкости от давления. Для
прогнозирования повышения вязкости масла г\р при избыточном давлении р
пользуются следующими формулами:
формула Воларовша ч\р =
формула Гурвича г\р = г\0 (1 + ар)
формула Баруса х\р = ч\оеар
где г|о — вязкость при атмосферном давлении; а — пьезокоэф-
фициент вязкости (его величина, как правило, зависит от
химического состава масла: с повышением температуры а
уменьшается).
Вязкость смазочных масел оценивают различными
способами. Динамическую вязкость r\t определяют в основном в
ротационных вискозиметрах, а кинематическую вязкость v* — в
капиллярных.
8.3.3. Противокоррозионные и защитные свойства
Противокоррозионные и защитные свойства смазочных масел
относятся к числу очень важных эксплуатационных
характеристик и в последнее время им уделяется большое внимание. Под
противокоррозионными свойствами в химмотологии понимают
способность масла в процессе работы не оказывать
коррозионного воздействия на различные узлы и детали машин и
механизмов, выполненных из металлов, преимущественно из
цветных металлов и сплавов.
Высокая коррозионная агрессивность масла проявляется
вследствие накопления в процессе его окисления большого
количества продуктов кислотного характера, а также в
результате высокой химической активности самого масла,
обусловленной наличием функциональных, преимущественно противоизнос-
ных, присадок (химическая коррозия). Снижение коррозионной
агрессивности смазочной среды достигается за счет повышения
214

антиокислительных свойств масла, уменьшением содержания
противоизносных присадок и добавления к маслу специальных
соединений — противокоррозионных добавок.
По характеру взаимодействия с металлом
противокоррозионные присадки условно подразделяют на деактиваторы и пасси-
ваторы. Деактиваторы за счет образования комплексов
предотвращают или уменьшают каталитическое действие масло-
растворимых соединений металлов, накапливающихся в объеме
масла в результате химического растворения. Пассиваторы
образуют на поверхности металла пленку, не растворяющуюся в
масле. Эта пшенка блокирует поверхность металла от
коррозионного воздействия атмосферной среды.
Защитные пленки на поверхности металла формируются
либо в результате химических реакций с металлом, либо
вследствие адсорбционно-хемосорбционного взаимодействия
присадки с поверхностью. Это по характеру действия сближает
противокоррозионные и противоизносные присадки. Например,
серосодержащие противокоррозионные присадки, как и близкие
им по химическому составу противоизносные добавки, образуют
с металлом такие продукты реакции, как сульфиды,
меркаптаны и др. Аналогия в действии, очевидно, объясняет тот факт,
что некоторые противоизносные присадки могут выполнять
-функцию и противокоррозионных добавок.
Коррозионное воздействие смазочных масел на металлы
определяют путем выдерживания металлической пластинки в
испытуемом продукте — масле — при повышенной температуре,
при этом фиксируют изменение внешнего вида пластинки.
После проведения испытания осматривают поверхность пластин.
Способность смазочного масла «защищать» металл от
электрохимической, в том числе и атмосферной, коррозии в
присутствии электролита характеризует его защитные свойства. Как
правило, процессы-электрохимической коррозии протекают в
период хранения техники (во время длительных остановок).
Коррозию в этом случае вызывают влага, кислород и другие
активные газы, находящиеся в атмосфере.
Для повышения защитных свойств масел в них вводят
ингибиторы коррозии, или защитные присадки. В качестве
ингибиторов коррозии используют различные химические соединения
со свободными карбоксильными и гидроксильными группами,
соли аминов, карбоновые кислоты и др.
По предложенной в настоящее время общей классификации
ингибиторы, являющиеся представителями
поверхностно-активных веществ, делят на водорастворимые, водомаслораствори-
мые и маслорастворимые. Наибольшее применение в маслах
получила последняя группа ингибиторов, поскольку они
обладают наивысшей полярностью и поверхностной активностью в
малополярных углеводородных средах.
Маслорастворимые ингибиторы коррозии в свою очередь
подразделяют на соединения анодного действия — доноры элект-
215

ронов, соединения катодного действия — акцепторы
электронов — и соединения экранирующего действия.
Ингибиторы коррозии анодного действия адсорбируются и
образуют поверхностные хемосорбционные пленки в основном
на положительно заряженных (электроноакцепторных-анодных)
участках металла. Ингибиторы коррозии катодного действия
обладают предпочтительной адсорбцией на отрицательно
заряженных (катодных) участках металлической поверхности.
Экранирующее действие определяется физической адсорбцией
молекул ингибитора на поверхности металла.
Ингибиторы коррозии как катодного, так и анодного
действия образуют на поверхности защищаемого металла
достаточно прочные пленки, выдерживающие сравнительно высокую
температуру — до 150—180°С. Эти пленки характеризуются
также «эффектом последействия», т. е. сохранением определенных
свойств в течение некоторого времени после вывода ингибитора
из системы.
Ингибиторы экранирующего действия в отличие от
ингибиторов хемосорбционного типа (анодного и катодного действия)
не выдерживают высоких температур (более 80°С) и не
обладают «эффектом последействия». Вместе с тем они
характеризуются хорошими водовытесняющими и водоудерживающими
свойствами.
Для получения максимального эффекта защитного действия
в масла вводят комбинированные ингибиторы донорного,
акцепторного и экранирующего действия.
Оценивают эффективность защитного действия от
атмосферной коррозии, как правило, по результатам выдерживания
металлических пластин с нанесенным на них тонким слоем масла
в специальных климатических камерах, моделирующих
различную атмосферу и влажность.
8.3.4. Антиокислительные свойства
При эксплуатации машин и механизмов смазочные масла под
действием высоких температур и каталитического воздействия
металла подвергаются различного рода окислительным
превращениям. Окисление масла — процесс нежелательный,
поскольку приводит к значительным изменениям его исходных свойств.
При окислении, в частности, заметно ухудшается
вязкостно-температурная характеристика масла в основном за счет снижения
его подвижности при отрицательных температурах. При этом
масло может полностью потерять подвижность даже при
положительных температурах — загустевание масла. Последнее
затрудняет поступление масла к смазываемым деталям и
существенно повышает их износ.
В процессе окисления в масле накапливаются коррозионно-
агрессивные по отношению к металлам продукты, а также об-
216

разуется большое количество твердых частиц, затрудняющих
циркуляцию смазочного материала.
Окисляемость смазочных масел определяется их химическим
составом, она зависит также от количества кислорода в
системе, температуры, катализатора и т. д.
Среди углеводородов, как правило, входящих в состав
нефтяных масел, наименее подвержены окислению ароматические
углеводороды. В большей степени склонны к окислению
нафтеновые углеводороды и самой высокой окислительной
способностью при повышенных температурах обладают алканы. В смеси
углеводороды взаимно влияют на окисляемость друг друга.
Например, присутствие ароматических углеводородов повышает
стабильность против окисления нафтеновых.
В процессе окисления кислород внедряется в первую очередь
в боковые цепи и лишь затем в ядро. В результате образуются
продукты окисления — оксикислоты, карбены, карбоиды, ас-
фальтены и др.
Из минеральных соединений, препятствующих интенсивному
окислению масляной среды, необходимо отметить смолистые
вещества и различного рода сернистые соединения. Эффективность
действия последних зависит от их содержания. Таким образом
у «переочищенных» масел, лишенных природных
антиокислителей, окисляемость повышается, например у масел
гидрокрекинга.
На окисляемость масел большое влияние оказывают также
условия его работы. На воздухе, например, при повышенной
температуре в тонком слое на металлической поверхности
окисление идет легко с образованием твердых сажистых продуктов.
Этому способствует высокая концентрация кислорода и
каталитическое действие металлической поверхности.
Для снижения склонности масел к окислению в них вводят
антиокислительные присадки. Антиокислители, используемые в
маслах, можно условно разделить на три группы (по
классификации К. И. Иванова):
1) антиокислители AiH, не влияющие на разложение гидро-
пероксидов, но взаимодействующие со свободными радикалами
R- и ROO-;
2) антиокислители АгН, активно способствующие
разложению гидропероксидов и взаимодействующие с пероксидными
радикалами ROO-;
3) антиокислители АзН, умеренно способствующие
разложению гидропероксидов и взаимодействующие с радикалами R •
и ROO -.
Антиокислители первой группы способны препятствовать
окислению только при введении их в масло до начала
окисления. Антиокислители второй и третьей групп проявляют свое
действие будучи введенными как до начала, так и в процессе
окисления. Так, алкилфенолы, меркаптаны, первичные и
вторичные амины ингибируют процесс окисления за счет их взаимо-
217

действия с тероксидными радикалами, а сульфиды и
дисульфиды — с гидропероксидами.
Наиболее распространенные методы оценки
антиокислительных свойств — различные варианты методов определения
стабильности против окисления с продувкой масла кислородом или
воздухом в присутствии катализатора (медь, железо и т. п.).
В зависимости от назначения масла меняются температура,
продолжительность окисления и катализатор.
8.3.5. Моющие свойства
В процессе работы преимущественно двигателей внутреннего
сгорания происходит загрязнение их узлов и деталей
различного рода отложениями. Склонность к образованию отложений при
прочих равных условиях определяется интенсивностью
окисления масла, а также его способностью препятствовать
отложению продуктов глубокого окисления на нагретой металлической
поверхности. Последнее носит название моющего действия
масел.
С одной стороны, для улучшения моющих свойств
повышают антиокислительную способность масел. С другой, для
уменьшения или предупреждения образования углеродистых
отложений в моторные масла вводят специальные ПАВ, называемые
моющедиспергирующими присадками. К их числу относятся
сульфонаты, феноляты, салицилаты металлов
(преимущественно бария, кальция и магния), а также беззольные соединения
(сукцинимиды, различного рода сополимерные продукты и пр.),
Моющедиспергирующие присадки адсорбируются на
металлической поверхности, формируя на ней двойной электрический
слой. Этот слой обладает экранирующим действием и
препятствует образованию отложений. Участие молекул моющедиспер-
гирующих присадок в поверхностных процессах, результатом
которых является снижение склонности к образованию
отложений, принято условно называть собственно моющим действием.
Кроме того, моющедиспергирующие ^ присадки солюбилизи-
руют, диспергируют и в итоге стабилизируют углеродистые
частицы в объеме масла, препятствуя их отложению на границе
раздела фаз. Эффективность стабилизирующего действия
присадок зависит от их способности образовывать мицеллярные
растворы.
Моющедиспергирующие присадки проявляют разную
эффективность действия по разным направлениям. Так, при
окислении они выполняют роль нейтрализующего агента продуктов
кислотного характера. Это относится преимущественно к
зольным присадкам, которые имеют определенный зап'ас
щелочности. Введение таких присадок в масло в частности способствует
дальнейшему превращению оксикислот и асфальтенов (липких
продуктов) в карбены и карбоиды, а они легко отделяются от
218

металлической поверхности и смываются маслом, образуя
суспензии.
Моющеднспергирующие присадки проявляют также эффект
собственно моющего действия. В наибольшей степени таким
действием обладают детергенты и среди них салицилат кальция.
Он образует минимальные по размеру мицеллы, которые несут
наибольший электрический заряд. Сульфонаты металлов
обладают меньшей полярностью и проявляют более низкую
эффективность собственно моющего действия. Беззольные присадки —
сукцинимиды, отличаясь высокой поверхностной активностью,
не обладают собственно моющим действием, поскольку они не
способны образовывать двойной электрический слой на
поверхности металла.
По эффективности стабилизирующего действия моющедис-
ггергирующие присадки располагаются в последовательности:
сукцинимиды > сульфонаты >салицилаты
Стабильность дисперсной фазы в масле в присутствии мою-
щедиспергирующих присадок, как правило, снижается с
повышением температуры. Это обусловлено преобладанием процесса
десорбции присадок с поверхности твердой фазы. Существуют
определенные температурные пределы эффективности по их
стабилизирующему действию. Для сукцинимидов этот
температурный предел равен 130—160°С, для сульфонатов — 160—190°С,
для салицилатов — 200—240°С.
Опыт эксплуатации моторных масел в двигателях разной
напряженности свидетельствует о том, что одна присадка не в
состоянии обеспечить требуемый уровень моющих свойств.
Поэтому в современных моторных маслах используют сочетания
моющих присадок, отличающихся по характеру действия. Как
правило, композиции моторных масел, для поршневых двигателей
внутреннего сгорания высокого уровня качества включают в
свой состав одну—две зольные моющие присадки и одну
беззольную.
Для оценки моющего действия, а также для получения
наиболее полного представления об уровне моющих свойств масел
используют различные методы. Из них самыми
распространенными в отечественной практике являются методы определения
моющего потенциала и моющих свойств на установке ПЗВ.
8.3.6. Противопенные свойства
Присутствие воздуха в масляной системе вызывает пенообразо-
вание масла. Воздух может попадать вследствие непрерывного
взбалтывания и разбрызгивания масла, при его циркуляции по
маслопроводам, а также по ряду других причин. Воздух может
находиться в масле в растворенном виде (7—10% об.), или в
виде воздушно-масляной эмульсии (50—60% об. и более), или
в виде пены. В результате пенообразования нарушается
надежность подачи масла к поверхностям трения, интенсифицируется
219

окисление масла, происходит выброс масла из маслосистемы и
т. д.
Пенообразование при прочих равных условиях зависит от
температуры, вязкости смазочного материала и его
поверхностного натяжения. Чем выше поверхностное натяжение, тем
пенообразование меньше. С повышением температуры масла
пенообразование снижается, а с увеличением вязкости масла,
наоборот, повышается. Глубина очистки масел также способствует
уменьшению пенообразования.
Одним из наиболее эффективных путей снижения
ценообразования в системе является введение в масло специальных
добавок — противопенных присадок. В качестве противопенных
присадок к смазочным маслам широко используют полисилок-
саны.
8.3.7. Совместимость, сохраняемость
и экологические свойства
Из наиболее важных характеристик, определяющих
сохраняемость и совместимость масел, следует отметить физическую
стабильность и испаряемость.
Под физической стабильностью масел понимают их
устойчивость к изменению химического состава и физических свойств
вследствие колебания температуры и внешнего давления.
Изменение физического состава масел, как правило, возможно при
их длительном хранении в результате испарения легких
фракций, а также в результате выпадения из масла части присадок
в осадок. Интенсифицирование образования осадка возможно
из-за невысокой растворимости присадок при температуре
хранения или при попадании в масло воды. Поскольку указанные
факторы снижают качество масла, различными способами
стараются повысить его физическую стабильность.
Особую актуальность физическая стабильность приобретает
для тех масел, в маловязкую основу которых вводят
высокополимерные присадки (загущенные масла). Во время
эксплуатации возможна деструкция высокополимерных присадок и как
итог — снижение исходной вязкости масла.
Различают термическую, термоокислительную и
механическую деструкцию. Первые две имеют место при высокой
температуре; термоокислительная деструкция сопровождается также
окислением загущающей присадки. Механическая деструкция
наблюдается в зоне зацепления контактируемых тел,
работающих при высоких контактных нагрузках.
При хранении и эксплуатации смазочного материала в особо
влажной атмосфере его химический состав меняется и свойства
ухудшаются за счет поражения масла микроорганизмами.
Излишнее количество влаги, накапливающееся в этих условиях,
активирует питательную среду для развития бактерий. Для
работы в такой атмосфере требуется повышенная биостойкость
220

смазочных масел, что достигается преимущественно при
введении в состав масел биоцидных присадок.
Смазочные масла не должны быть токсичными и оказывать
нежелательных последствий при попадании на кожу человека.
Кроме того, их пары не должны вызывать отравлений при
кратковременном контакте, а также быть взрывоопасными.
Основу смазочных нефтяных масел, как правило,
составляют высококипящие фракции нефти с пределами выкипания
200—500°С. Повышенная испаряемость масел, т. е. потеря
маслом легких фракций, наблюдается преимущественно при его
работе. Помимо повышения взрывоопасное™ высокая
испаряемость масла ведет к его повышенному расходу. Испаряемость
регламентируется фракционным составом масла и
температурой вспышки.
Температура вспышки характеризует содержание в масле
легких фракций: чем она ниже, тем при более низкой
температуре выкипают первые фракции. Из двух равновязких масел
лучшими эксплуатационными свойствами (большим индексом
вязкости и высокой антиокислительной стабильностью) обладает
масло с более узким пределом выкипания.
Смазочные масла одного функционального назначения
должны совмещаться друг с другом, а также с конструкционными
материалами тех машин и механизмов, для смазки которых они
предназначены. Два масла считаются совместимыми, если их
смесь физически стабильна и качество ее не уступает
качеству «худшего» из смешиваемых масел.
Совместимость масел с конструкционными материалами
преимущественно неметаллическими (резинами, каучуками и т. п.)
означает, что при контакте с маслом детали, выполненные из
данных материалов, не изменяют свои размеры и формы, а
сохраняют свое функциональное назначение. В частности, не
происходит набухания или потери эластичности уплотнительных
материалов и т. д.
8.4. СОСТАВ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ
Наибольшее распространение как у нас в стране, так и за
рубежом получили масла на нефтяной основе — масла нефтяного
происхождения. В России они появились немногим более 100
лет назад и заменили собой масла растительного и животного
происхождения. Несмотря на меньшую стоимость, нефтяные
масла не сразу вытеснили растительные масла и масла
животного происхождения. Вначале их применяли в см'еси с
сурепным и касторовым маслом, свиным жиром, воском и т. д.
Широкому распространению нефтяных масел способствовали
классические работы Н. П. Петрова, который теоретически
обосновал и практически подтвердил возможность полной замены
используемых ранее масел нефтяными.
22 k

Наряду с нефтяными в последние годы все большее
применение получают синтетические масла. Их используют в первую
очередь в специфических, экстремальных условиях
эксплуатации, где одновременно повышенные требования предъявляют к
низко- и высокотемпературным свойствам масел.
Синтетические масла в отличие от минеральных обладают лучшей
способностью сохранять подвижность (без потери текучести) при
низких отрицательных температурах ( — 35—40°С и ниже) и
выдерживать без заметного разложения и испарения высокие
рабочие температуры. В качестве синтетических базовых масел
используют преимущественно поли-а-олефины, диэфиры, полиолы
и диалкилбензолы.
В настоящее время синтетические продукты вовлекают
главным образом при производстве масел для газотурбинных
двигателей. Вместе с тем в будущем предполагается увеличение
производства синтетических масел для карбюраторных
двигателей и дизелей наземной техники.
Наряду с синтетическими маслами применяют также
полусинтетические или частично синтетические масла,
представляющие собой смесь минерального, нефтяного, и синтетического
компонентов.
Для придания маслу требуемого уровня качества в них
вводят присадки разного функционального назначения. В качестве
присадок используют многочисленные органические соединения
с разными функциональными группами. Присадки делят на
беззольные, не содержащие в своем составе металла, и зольные, в
состав которых входит металл. Как правило, смазочное масло
соответствующего назначения содержит две и более присадок
разных типов. Многие присадки являются
многофункциональными, т. е. обладают одновременно несколькими свойствами.
Товарные присадки отечественного производства можно условно
объединить в группы по преимущественному назначению
(доминирующему свойству): антифрикционные, противоизносные и
противозадирные, вязкостные, противокоррозионные и
защитные, антиокислительные, моющедиспергирующие, депрессорные
и антипенные.-
В качестве антифрикционных, противоизносных и противоза-
дирных присадок к смазочным маслам используют в основном
соединения, в состав которых всходят такие активные элементы
как сера, хлор и фосфор. Среди серосодержащих присадок
широкое распространение получили сульфиды, дисульфиды и их
производные. Для получения масел в отечественной практике в
качестве серосодержащих присадок используют осерненные тет-
рамеры пропилена (присадка ОТП) и
бис(алкилбензил)дисульфид (АБС-2).
Наиболее распространенной фосфорсодержащей присадкой
является трикрезилфосфат (ТКФ). К числу используемых в
настоящее время в маслах хлорсодержащих присадок относится
совол — смесь пента- и тетрахлордифенила.
222

Вместе с тем для получения современных масел как у нас в
стране, так и за рубежом широко применяют протавоизносные
и противозадирные присадки, в состав которых входят
несколько активных элементов. Это присадки ЛЗ-309/2, Хлорэф-40 и др.
В качестве загущающих (вязкостных) присадок в основном
применяют полиизобутилен, полиметакрилат и винипол разной
молекулярной массы.
Самой распространенной противокоррозионной присадкой
является бензотриазол. К числу ингибиторов коррозии
анодного действия относятся присадки КСК, сулин и др., катодного —
БМП-А, СИМ и др., экранирующего — КАП-25, эфиры и т. п.
Среди беззольных антиокислительных присадок к смазочным
маслам следует указать соединения фенольного и аминного
типов. Из соединений фенольного типа наиболее распространены
ионол (4-метил-2,6-ди-тр£г-бутилфенол) и НГ-2246 [агидол, или
2,2-метилен-бис (4-метил-6-грег-бутилфенол) ]. К соединениям
аминного типа относятся добавки — фенил-а-нафтиламин и
дифениламин.
В качестве зольных антиокислительных присадок к
смазочным маслам достаточно широко используют дитиофосфаты
различных металлов. У нас в стране в промышленном масштабе
выпускают присадки ДФ-11, ВНИИ НП-354, МНИ ИП-22к,
ИНХП-21 и др.
Моющедиспергирующие присадки можно условно разделить на
моющие (зольные или детергенты) и диспергирующие
(беззольные, или дисперсанты) добавки. К моющим присадкам
относятся сульфонаты, феноляты и салицилаты различных металлов.
В частности, среди сульфонатных присадок наибольшее
распространение получили сульфонаты кальция (ПМС).
Присадки алкилфенолыюго типа — это присадки ЦИАТИМ-
339 (дисульфидалкилфенолят бария), БФКу (продукт
конденсации алкилфенола с формальдегидом) и ВНИИ НП-360.
Присадка ВНИИ-360 представляет собой смесь двух соединений —
алкилфенолята бария и диалкилдитиофосфата цинка в
массовом соотношении, равном 2,5: 1,0.
Из алкилсалицилатных присадок распространенными
являются алкилсалицилат кальция (АСК), алкилсалицилат бария
(АСБ) и многозольный алкилсалицилат кальция (MACK).
К диспергирующим присадкам относятся сукцинимиды.
Отечественной промышленностью выпускается присадка С-5А,
представляющая собой имидопроизводное янтарной кислоты.
Наиболее распространенными депрессорными присадками,
снижающими температуру застывания масел, являются
АЗНИИ—ЦИАТИМ-1 и полиметакрилат Д (ПМА «Д»), а про-
тивопенной — полиметилсилоксан ПМС-200А.
Отнесение отдельных присадок к той или иной группе по
функциональным свойствам, как уже отмечалось выше, до
некоторой степени условно ввиду их полифункциональности.
Например, присадка ДФ-11 п другие дитиофосфаты обладают не
223.

только антиокислительным действием, но проявляют заметные
противоизносные и противокоррозионные свойства. Присадки
МНИ ИП-22к и ЦИАТИМ-339, помимо указанных свойств,
характеризуются также моющим действием и т. д.
В последнее время большое внимание уделяется разработке
композиций (пакета) присадок. В таких композициях выбирают
определенное сочетание функциональных присадок и подбирают
оптимальное соотношение между ними с целью получения
максимальной эффективности действия композиции в целом. Таким
способом, в частности, составлены комбинированные
ингибиторы коррозии (ИНГА-2, НГ-107М и др.), представляющие собой
сочетания ингибиторов коррозии катодного и анодного действия.
Эффективность действия присадок зависит также от
химического состава базового масла, т. е. от его «приемистости» к
присадкам. Так, одни и те же присадки в одних базовых
маслах проявляют большую эффективность действия, чем в других.
Те базовые масла, в которых эффективность действия присадок
максимальна, считаются более приемистыми.
ГЛАВА 9
МАСЛА ДЛЯ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
9.1. СИСТЕМА СМАЗКИ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Для обеспечения работоспособности поршневых двигателей их
детали должны быть смазаны маслом. К числу наиболее важных
узлов и деталей двигателей, подвергаемых смазыванию,
относятся кривошипно-шатунный механизм, цилиндро-поршневая
группа, механизм газораспределения и др.
Емкости для хранения масла, устройства для подвода его к
трущимся поверхностям, средства очистки от загрязнений и
другие приспособления образуют систему смазки двигателя.
Основными элементами систем смазки подавляющего
большинства поршневых двигателей внутреннего сгорания являются:
емкость для хранения масла, масляная магистраль, масляные
насосы и масляные фильтры.
Системы смазки выполняют вместе с картером, наполненным
маслом (мокрый картер), или с картером без масла (сухой
картер). В последнем случае масло размещается в
циркуляционных баках либо цистернах, откуда оно периодически подается в
масляную магистраль. При этом поддон картера остается без
масла — сухим. В зависимости от способа подвода масла к
трущимся поверхностям системы смазки делят на системы смазки
разбрызгиванием, принудительные (под давлением) и
смешанные (комбинированные).
224

Наиболее распространенной системой смазки современных
поршневых двигателей внутреннего сгорания является
смешанная смазка, при которой под давлением смазываются
подшипники, детали механизма газораспределения и др., а
разбрызгиванием — зеркала цилиндров, поршни и пр. Масло при этом
циркулирует по системе смазки, последовательно проходя через
масляный насос, систему фильтров (центрифуг), и поступает к
соответствующим точкам смазки (подшипники, поршни и т. д.).
Судовые мало- и среднеоборотные дизели кроме обычной
циркуляционной системы смазки имеют проточную систему
смазки рабочих цилиндров —лубрикаторную систему смазки,
при которой свежее масло через специальные отверстия —
лубрикаторы — порциями поступает (впрыскивается) на зеркало
гильзы цилиндров. При этом масло практически полностью сго-
гает на рабочей поверхности цилиндра, и в следующем цикле
впрыскивается новая порция свежего масла.
В двухтактных карбюраторных двигателях, к которым
относятся подвесные лодочные моторы, мотоциклы и др., система
смазки также имеет свои особенности. Ввиду ограниченности
объема всей конструкции масло, применяемое для смазки,
добавляется непосредственно в топливо, как правило, в
соотношении масло : топливо, равном 1 : 20—1: 50.
9.2. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ МАСЕЛ
Требования, предъявляемые к качеству моторных масел,
определяются спецификой рабочего процесса и конструкцией
поршневого двигателя. Считается, что условия работы масла в
поршневых двигателях наиболее тяжелые по сравнению с
остальными тип'ами двигателей. Это объясняется прежде всего
температурным режимом работы масла в двигателе внутреннего
сгорания. Температура газов, например, в камере сгорания
поршневого двигателя достигает 2500°С. Температура газов,
прорывающихся в картер на такте сжатия, составляет 150—450°С в
карбюраторных двигателях и 500—700°С в дизелях.
Важным фактором, характеризующим условия работы масла,
является теплонапряженность деталей цилиндро-поршневой
группы двигателя. Теплонашряженность и связанный с ней
критерий форсирования двигателя можно оценивать разными
способами, а именно: по количеству тепла, приходящегося на
единицу рабочей поверхности цилиндра или поршня в единицу
времени; по отношению мощности одного цилиндра к диаметру
поршня; по отношению расхода топлива за 1 ч к общей
рабочей поверхности цилиндро-поршневой группы; по температуре
первой поршневой канавки. Для современных двигателей эта
температура может достигать 270—280°С, а при наличии
наддува 300—330°С и даже 350°С. Температура масла в картере
(рабочая температура) колеблется в пределах 50—100°С.
15—1354 225

Дополнительные требования, предъявляемые к качеству
моторных масел, объясняются тем, что техника, смазываемая ими>
эксплуатируется при температурах окружающего воздуха,
колеблющихся в зависимости от района эксплуатации и времени
года в довольно широких пределах. В частности, в южных
районах страны летом она может составлять 40—45°С и выше, а
зимой в северных районах — минус 35—45°С и ниже. Исходя
из этого рабочий диапазон моторного масла по температуре
весьма широк и ограничен температурой окружающего воздуха
и рабочей температурой масла.
Помимо общих требований к моторным маслам
предъявляют и дополнительные. С учетом особенностей работы двигателя
моторное масло должно: уплотнять зазоры в сопряженных
деталях и в первую очередь в зоне цилиндро-поршневои группы и
обладать нейтрализирующими свойствами.
Многие функции и требования, предъявляемые к моторным
маслам, взаимосвязаны. К ним относятся, например, отвод
тепла от деталей и уплотнение зазоров в их сопряжении. При пло*
хом уплотнении цилиндра увеличивается прорыв картерных
газов, нарушающих сплошность масляной пшенки, что приводит к:
перегреву деталей цилиндро-поршневои группы.
9.3. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
9.3.1. Смазочные и противокоррозионные свойства
В процессе работы двигателей внутреннего сгорания
происходит изменение геометрических размеров и формы трущихся
деталей. К их числу относятся такие пары трения, как цилиндро-
поршневая груп'па, вал—подшипник, кулачок—толкатель и др.
Вид износа указанных деталей различен. Для
цилиндро-поршневои группы, например, характерны адгезионный и абразивный
виды износа. Причем последний может возникать за счет
твердых частичек нагара, который образуется в камере сгорания и
затем попадает в зону между гильзой цилиндра и юбкой
поршня. Для гоары вал—подшипник в основном имеют место
коррозионный и адгезионный виды износа. Для пары
кулачок—толкатель характерен специфический вид износа — питтинг,
возникающий вследствие высоких ударных нагрузок.
Увеличение износа более вероятно при переходе от
гидродинамического к граничному режиму трения. Такой переход
возможен в результате повышения температуры, удельных
нагрузок и скорости скольжения в зоне трения контактируемых
деталей. Удельное давление в зоне компрессионных колец
составляет 0,15—0,30 МПа, маслосъемных колец — 0,5—1,3 МПа.
В подшипниках коленчатого вала реализуется давление до
20—30 МПа при скорости скольжения до 15 м/с. Наибольшие
нагрузки (ударные) испытывает пара кулачок—толкатель, где
226

давление достигает 500—700 МПа, а в отдельных случаях и
2100 МПа.
Уменьшение скорости скольжения также способствует
реализации граничного режима трения. Например,
гидродинамический режим смазки возможен в паре трения кольцо—гильза
цилиндра в средней части хода поршня. Вблизи мертвых точек,
когда движение поршня замедлено, имеет место граничный
режим трения. Как правило, максимальный износ гильзы
цилиндра наблюдается в месте остановки 1-го компрессионного кольца.
Подшипники коленчатого вала работают преимущественно в
режиме гидродинамической смазки. Граничный режим
реализуется либо в момент пуска, либо при перегрузках.
На интенсивность изнашивания помимо конструктивных
особенностей влияет специфика эксплуатации, в частности сорт
используемых моторного масла и тошшва. Например,
повышенное содержание серы в топливе промотирует износ цилиндро-
поршневой группы двигателя. Резко повышается износ
различных узлов и деталей двигателей (цилиндро-поршневой группы,
вкладышей и др.) при использовании альтернативных
(спиртовых) топлив и особенно метанола как в чистом виде, так и в
смеси с бензином.
На пусковые износы при прочих равных условиях оказывает
влияние температура: чем она выше, тем меньше износ. В этом
случае создаются благоприятные возможности для лучшего
поступления (подтекания) масла к трущимся деталям и снижения
тем самым износа.
Износ увеличивается и за счет повышения химической
активности смазочного масла, что отчетливо прослеживается на паре
вал—подшипник. Поведение этой пары характеризуется
увеличением потери массы вкладышей, поскольку вкладыши,
изготовленные из цветных металлов и сплавов, как правило, менее
стойки к химической повреждаемости. Применительно к
вкладышам химический или коррозионно-механический виды
износа определяются в специальной научно-технической литературе
термином коррозия.
Уменьшение износа и повышение надежности работы
двигателей в практике достигается различными мерами
конструктивного характера. Например, хромируют поршневые кольца или
покрывают их молибденом, изменяют число колец на поршне и
их форму, применяют нирезистовые вставки в гильзе
цилиндра, изменяют конструкцию поршня и т. д.
Вместе с тем немаловажная роль в борьбе с износом
отводится и моторному маслу. Изменяя состав масла, можно
добиться уменьшения износа сопряженных узлов и деталей двигателя.
Для этого к маслу добавляют противоизносные присадки. Тип
противоизноснои присадки и ее концентрацию в масле
подбирают с учетом получения максимального эффекта, не
сопровождаемого нежелательными побочными явлениями (снижение
антиокислительных, моющих свойств и др.).
35* 227

Ю 20
Щелочность, мг КОН/г
■/J -10-5 О
Температура,°С
Рис. 52. Зависимость противоизносных свойств (износ) от щелочности масла:
Одноцилиндровая установка, частота вращения 1500 об/мин, температура масла 55 WC.
Рис. 53. Зависимость числа оборотов коленчатого вала двигателя от
объемной температуры масла:
/ — масло А; 2 — масло Б; граница пусковых свойств.
Например, снижение износа, вызываемого продуктами
неполного сгорания топлива, возможно за счет увеличения
щелочности масла и повышения таким образом его нейтрализующей
способности.
Следует, однако, отметить, что повышение щелочности
должно быть оптимальным во избежание нежелательных
результатов (рис. 52) — излишняя щелочность может быть
причиной повышения химической активности системы. Кроме того,
высокая щелочность масла повышает его зольность, которая в
свою очередь интенсифицирует абразивный износ (поэтому
зольность масла ограничивают).
1 В последнее время большое внимание уделяется
антифрикционным свойствам моторных масел. Это вызвано тем, что
улучшение антифрикционных свойств масел позволяет снизить
потери мощности двигателя на трение и уменьшить тем самым
расход топлива.
Снижение трения в двигателях достигается как за счет
конструктивных изменений, так и за счет улучшения
антифрикционных свойств самих масел. В свою очередь, в зависимости от
режима смазки последнее достигается либо регулированием
вязкости масел (уменьшение внутреннего трения) при рабочей
температуре, либо использованием в маслах антифрикционных
присадок—модификаторов трения (уменьшение внешнего
трения).
Не исключается также комбинированный способ —
изменение (снижение) вязкости моторного масла с одновременным
введением в его состав модификаторов трения.
Как показывает опыт применения моторных масел, за счет
регулирования вязкостных свойств, в частности, при замене неф-
228

тяных масел на загущенные и синтетические, можно в среднем
снизить расход топлива на 8—10%, а при использовании
модификаторов трения — на 3—5%.
9.3.2. Вязкостно-температурные свойства
Требования, которые предъявляются к вязкостно-температурный
свойствам моторных масел, противоречивы. С одной стороны,
для обеспечения надежного запуска двигателя при низких
температурах масло должно иметь невысокую вязкость, т. е.
обладать высокой подвижностью. Это позволяет добиться хороших
пусковых свойств и прокачиваемости, обеспечить надежную
" смазку трущихся деталей в момент пуска и последующую
надежную работу двигателя (масло способно подтекать к
поверхностям трения). С другой стороны, при высоких рабочих
температурах масла, характерных для установившихся режимов
работы двигателя, необходима достаточно высокая вязкость масла
во избежание перехода от эластогидродинамического, или
гидродинамического, режима смазки к граничному и повышению
тем самым износа. ,
Для осуществления надежности пуска требования к
вязкостно-температурным свойствам масел регламентированы
соответствующим стандартом. В соответствии с ним вязкость масел для
карбюраторных двигателей должна быть при 100°С не менее
6,0 мм2/с (кинематическая), а при — 40°С не более 170 Па-с
(динамическая). При этих же условиях масла для дизелей
должны иметь вязкость не менее 8,0 мм2/с и не более 220 Па • с
соответственно. Чем меньше вязкость масла при заданной
(отрицательной) температуре, тем, следовательно, при более низких
температурах можно достичь требуемого числа оборотов
коленчатого вала и при более низкой температуре обеспечить пуск
двигателя.
На рис. 53 приведены пусковые свойства двух образцов
масла А и Б. При прочих равных условиях на одном и том же
двигателе масло А обеспечивает надежный пуск двигателя во всем
исследованном диапазоне температур от —25 до -f 5°C (r|_is =
= 2200 МПа-с), а масло Б — более вязкое при отрицательных
температурах — обеспечивает пуск только при температурах
выше — 10 °С (n_i8 = 950 Па-с).
Этим объясняется то, что вязкость зимних сортов масел
ниже вязкости летних; масла же, рекомендуемые для
использования в северных районах, имеют еще более низкую вязкость,
например масло M-43/6Bi (табл. 45). Большой подвижностью при
низких температурах отличаются масла на синтетической
основе.
В целях исключения сезонной смены масел широкое
использование получили так называемые всесезонные масла. Их можно
применять как для зимних, так и летних условий эксплуатации.
Эти масла отличает достаточно высокая подвижность при низ-
229

Таблица 45.
Масло
Динамическая
и кинематическая вязкости
Вязкость динамическая, Па-с
—30 °С
—20 °С —10 °С
различных
масел
Вязкость кинематическая,
мм 7с
0 °С
50 °С
100 °С
М-8В2 (зимнее)
М-10В2 (летнее)
М-6з/10В на
основе АСВ-5
М-6з/10В на
основе АСВ-6
М-43/6В!
Синтетическое
Синтетическое
45,0
—
41,0
114,0
5,4
4,3
5,6
10,0
65,0
4,7
9,0
1,3
1,3
1,8
3,0
10,0
1,7
1,8
0,6
0,6
0,9
1200
2С00
700
800
300
300
460
36
60
39
41
26
30
37
,0
,0
,8
,0
,0
,0
,8
8,0
10,0
9,5
9,5
6,0
6,9
9,6
ких температурах, близкая к подвижности зимних масел, и
сравнительно высокая вязкость при положительных температурах,
характерная для вязкости обычных летних сортов. В
отечественной практике такими маслами, в частности, являются масла
М-63/ЮГ1 и М-6з/10В. Всесезонные масла, как правило,
получают путем загущения маловязкой минеральной основы
вязкостной (полимерной) присадкой. Масла, полученные с
использованием синтетических продуктов, превосходят по
вязкостно-температурным свойствам загущенные масла: ггри одной и
гой же вязкости при положительных температурах они
обладают меньшей вязкостью при отрицательных температурах,
обеспечивая хорошие пусковые свойства масла (см. табл. 45).
Использование масел, имеющих достаточно высокую
вязкость при рабочих температурах, диктуется, как отмечалось
выше, необходимостью снижения износа различных узлов и
деталей двигателя. Вместе с тем с увеличением вязкости масла
повышаются потери мощности двигателей на трение и
увеличивается тем самым расход топлива. Учитывая изложенное, выбор
масла с заданным уровнем свойств должен проводиться с
учетом всестороннего анализа условий применения масла и
особенностей конструкции двигателя.
9.3.3. Защитные свойства
Качество моторного масла и надежность работы двигателей
резко снижаются при наличии в масле воды. Последняя может
попадать в масло при хранении, а также в период эксплуатации.
В наибольшей степени обводнению подвержены масла для
судовых дизелей. Присутствие в масле 1—2% воды в 5 раз
повышает износ цилиндро-поршневой группы двигателя и в 1,4—1,6
раз износ вкладышей. Кроме того, попадание воды в масло
усиливает пенообразование, снижает его щелочное число, приводит
к выпадению из масла функциональных присадок.
230

Особую опасность представляет собой попадание водяных
паров и конденсация влаги в двигателе, находящемся на
длительном хранении. В этот период интенсивно развиваются
процессы электрохимической коррозии; при последующей
эксплуатации таких двигателей увеличивается износ различных его
узлов и деталей. Так, износ на 1000 км пробега для автомобилей
длительного хранения во влажной атмосфере по сравнению с
автомобилями непрерывной эксплуатации оказывается больше
по цилиндрам в 1,5—2 раза, по поршням в 1,5 раза и по
шейкам коленчатого вала на 10—15%.
Для защиты двигателей внутреннего сгорания от
«ржавления» в процессе хранения в моторные масла вводят ингибиторы
коррозии. В зависимости от типа используемого ингибитора и
его концентрации получают консервационные, консервационно-
рабочие или рабоче-консервационные масла. Введение в
моторное масло ингибиторов коррозии не только снижает
«ржавление», но в ряде случаев позволяет уменьшить износ в процессе
работы двигателя.
. 9.3.4. Антиокислительные и моющие свойства
Для облегчения нормальной и безотказной работы двигателей
внутреннего сгорания необходимо, чтобы моторное масло
обладало высокими антиокислительными и моющими свойствами.
В противном случае в процессе эксплуатации двигателя
происходит образование повышенного количества углеродистых
отложений, отрицательно сказывающихся на технических
характеристиках двигателя.
Углеродистые отложения, образующиеся в двигателе
внутреннего сгорания, подразделяют на нагары
(высокотемпературные отложения), лаки (среднетемпературные отложения) и
осадки (низкотемпературные отложения).
Нагары получаются вследствие термического разложения
масла, окисления и полимеризации продуктов его разложения,
а также за счет несгоревшего топлива. Нагары откладываются
преимущественно на стенках камеры сгорания, днище поршня,
верхнем пояске боковой поверхности поршня.
Лаковые отложения, как правило, образуются в канавках
поршневых колец, на гильзах цилиндров и на боковой
поверхности поршня.
Осадки откладываются в картере и клапанной коробке, в
маслосистеме и на фильтрах. Их образование обусловлено
прорывом газов в картер из камеры сгорания, попаданием воды в
масло и другими причинами. Осадки представляют собой
большую опасность, поскольку они могут забивать маслопроводы и
фильтры, что в свою очередь нарушает нормальную подачу
масла к узлам трения и приводит к выходу их из строя.
^Несмотря на ряд общих черт, характер образования
отложений различен в зависимости от условий работы двигателя и
231

особенностей его конструкции. Считается, например, что в
дизелях большую долю отложений составляют
высокотемпературные, а в карбюраторных двигателях — низкотемпературные
отложения. Загрязненность различных узлов и деталей двигателя
при прочих равных условиях увеличивается по мере работы:
/(О «/max О-в""')
где f(t) — загрязненность в заданное время t\ /max —
максимальная загрязненность при £ = оо; т — коэффициент
интенсивности загрязнения.
Для снижения склонности моторных масел к образованию
отложений повышают уровень их качества за счет улучшения
антиокислительных и моющих свойств.
Повышения антиокислительных свойств добиваются
подбором масляной основы, в меньшей степени способной к
окислению, либо введением в масло антиокислительных присадок.
Одновременно с этим к маслу добавляют моющие присадки. Они,
с одной стороны, могут в какой-то мере влиять на процесс
окисления, а с другой, препятствуют отложению углеродистых
образований на различных узлах и деталях двигателя. С учетом
особенностей применения в масла, предназначенные для смазки
карбюраторных двигателей, помимо зольных моющих присадок
вводят и беззольные диспергирующие присадки для успешной
борьбы с образованием низкотемпературных отложений.
9.4. СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАСЛА
До 1974 г. в отечественной практике использовалась старая
классификация моторных масел, с буквенными обозначениями,
характеризующими область применения масел — А, Д, М и МТ.
Масла класса А предназначались для смазки карбюраторных
двигателей, Д — автотракторных и судовых дизелей, МТ —
транспортных дизелей, М — поршневых авиационных
двигателей. Особенности технологии получения масел определялись
буквами К — кислотная очистка, С — селективная очистка,
П — масло с присадками, 3 — загущенное масло. Цифры в
обозначении масел характеризовали значения их вязкости в сСт
(мм2/с) при температуре 100°С.
Например, АС-8 — это масло для смазки автомобильных
двигателей, получено с использованием селективной очистки и
имеет вязкость, равную 8 сСт (мм2/с) при 100°С. АСЗп-6 —
масло для смазки автомобильных двигателей, селективной
очистки, загущенное, с присадками; вязкость vioo = 6 сСт (мм2/с).
МС-20 — масло для смазки поршневых авиационных
двигателей, селективной очистки, vioo = 2O сСт (мм2/с).
С 1974 г. введена в действие новая классификация моторных
масел. Она распространяется на моторные масла с присадками,
применяемые для смазывания двигателей внутреннего сгорания
широкого применения — автомобилей, тракторов, морских и
232

Таблица 46. Области применения моторных масел
Группа
масел по

плуатационным
свойствам
Рекомендуемая область применения
А Нефорсированные карбюраторные и дизельные двигатели
Б Малофорсированные карбюраторные двигатели (Б\)
Малофорсированные дизельные двигатели (Б2)
В Среднефорсированные карбюраторные двигатели (Bi)
Среднефорсированные дизельные двигатели (В2)
Г Высокофорсированные карбюраторные двигатели (П)
Высокофорснрованные дизельные двигатели (Г2)
Д Высокофорсированные дизельные двигатели, работающие в
тяжелых условиях
Е Дизели малооборотные, двигатели с лубрикаторной системой
смазки, работающие на тяжелом топливе с содержанием
серы до 3,5%.
речных судов, тепловозов, сельскохозяйственных и строительных
машин и др. Однако эта классификация не распространяется на
масла, применяемые в авиационных двигателях. Для моторных
масел в зависимости от области их применения установлены
группы, указанные в табл. 46.
В зависимости от величины вязкости, эксплуатационных
свойств и климатических условий применения установлены
марки моторных масел, приведенные в табл. 47. В соответствии с
этой классификацией отечественные моторные масла
обозначают буквой М и дифференцируют их по классам вязкости,
группам эксплуатационных свойств и сезонности применения.
Например, M-8Bi — буква «М» обозначает моторное масло, цифра
«8» характеризует уровень вязкости при 100°С в мм2/с, буква
«Б» с индексом «1» указывает, что масло по
эксплуатационным свойствам относится к груп'пе Б и предназначено для
смазывания малофорсированных карбюраторных двигателей.
М-ЮГг — моторное масло с вязкостью при 100°С, равной
10 мм2/с, по эксплуатационным свойствам относится к группе
«Г» и предназначено для смазывания высокофорсированных
дизельных двигателей. М-63/10В2 — моторное масло; цифра «6»
обозначает класс вязкости, у которого вязкость при минус 18°С
не превышает 10 400 мм2/с, буква «3» указывает наличие в
масле загущающих (вязкостных) присадок, цифра «10» после
дроби характеризует вязкость при 100°С (мм2/с), буква «В» с
индексом «2» обозначает, что масло по эксплуатационным
свойствам относится к группе «В» и предназначено для смазывания
среднефорсированных дизельных двигателей. Указанное масло
предназначено для всесезонного применения.
Универсальные масла, предназначенные для использования
как в карбюраторных, так и в дизельных двигателях, обозначав
ются буквой, характеризующей группу эксплуатационных
233

Таблица 47. Марки моторных масел (ГОСТ 17479—72) и их основные характеристики
Класв

вязкости*
Вязкость
кинематическая, мм2/с
при
100 °С
при
18 °С,
не более
Группа масел по эксплуатационным свойствам
А
Б
Bi
Б2
В
в, | в2
г
Г1 | Г2
д
Е
6
8
10
12
14
16
20
33/13
43/6
43/8
43/Ю
53/10
53/12
53/14
6Э/Ю
63/14
63/16
6±0,5
8±0,5
10±1
12±0,5
14±0,5
16±1
20±2
13±0,5
6±0,5
8±0,5
10±0,5
10±0,5
12±0,5
14±0,5
10±0,5
14±0,5
16±0,5
* Масла класса
— М-8А
— М-8А
— —
— —
— —
— —
— М-20А
1250 _
2600 _
2600 _
2600 _
6000 _
6000 —
6000 _
10 400 _
10 400 _
10 400 _
вязкости от 6 до
M-8Bi М-8Б2
M-lOBi М-10Б2
— М-12Б2
— М-14Б2
— М-16Б2
— М-20Б2
— —
М-43/6Б! —
М-4з/8Б! —
— —
— —
— —
— —
— —
— —
— —
M-8Bi
M-lOBi
—
—
—
—
М-З3/1ЗВ1
М-43/6В!
М-43/8В!
—
М-5з/10В!
M-53/12Bi
M-53/14Bi
М-бз/ЮВ!
—
—
20 должны иметь индекс вязкости не
М-8В2
М-10В2
М-12В2
М-14В2
М-16В2
М-20В2
М-33/13В2
—
М-43/8В2
М-4з/10В2
М-5з/10В2
М-53/12В2
М-43/14В2
М-6з/10В2
—
—
М-8Г1
М-10Г1
М-12П
—
—
—
—
—
—
—
М-бз/ЮП
—
—
М-бз/ЮП
—
—
менее 90, остальные — не
М-8Г2
М-10Г2
М-12Г2
М-14Г2
М-16Г2
М-20Г2
—
—
М-43/8Г2
—
М-53/10Г2
—
М-53/14Г2
М-6з/10Г2
—
—
менее 115.
М-8Д -
М-ЮД —
М-12Д М-12Е
М-14Д —
М-16Д М-16Е
М-20Д М-20Е
— —
— —
М-43/8Д —
М-43/10Д —
— —
— —
— —
_ _
— —
— —

свойств без цифрового индекса; например, М-8В, М-10Г,
М-6з/10В.
За рубежом (США, страны Западной Европы, Япония)
используют деление моторных масел на различные сорта по
вязкости — классификация SAE, и условиям применения —
классификация API.
Для оценки уровня качества моторных масел в
отечественной практике используют как квалификационные, так и
классификационные испытания.
Квалификационные испытания проводят с целью
установления, удовлетворяет или не удовлетворяет данный образец
моторного масла требуемому уровню эксплуатационных свойств.
Квалификационная оценка базируется на 6 комплексах
методов:
для авиационных поршневых двигателей,
для автомобильных бензиновых двигателей,
для автомобильных и тракторных дизельных двигателей,
для 4-тактных форсированных транспортных двигателей,
для 2-х тактных форсированных транспортных двигателей,
для судовых и тепловозных двигателей.
Комплексы включают лабораторные методы оценки качества
масел и испытания на одноцилиндровых установках или в
полноразмерных двигателях. К лабораторным методам относятся
определение кинематической и динамической вязкости,
щелочного числа, степени чистоты и др. На одноцилиндровых
установках оценивают моющие свойства дизельных масел (установка
УИМ-6-НАТИ), склонность к образованию низкотемпературных
• отложений масел (установка НАМИ-1М) и т. п.
Одноцилиндровые установки представляют собой отсеки карбюраторных
двигателей или дизелей. Например, установка УИМ-6-НАТИ
создана на базе отсека тракторного дизеля Д-75, а установка
НАМИ-1М — карбюраторного двигателя ЗИЛ-130.
Сущность квалификационной оценки состоит в том, чтобы,
не проводя испытаний в полноразмерных двигателях или
широкой эксплуатационной проверки, определить возможность
использования того или иного моторного масла на технике. Такие
испытания экономят время и средства.
Классификационные испытания предусматривают деление
моторных масел на группы по уровню эксплуатационных
свойств — А, Б, В, Г и т. п. Их проводят в основном на тех же
установках, которые используют при квалификационной оценке.
В настоящее время отечественная промышленность
выпускает несколько десятков сортов моторных масел, различающихся
по областям применения. Наиболее типичные представители
каждой группы масел представлены в табл. 48. (система
обозначений моторных масел может претерпевать определенные
изменения при сохранении общих описанных ниже принципов).
Отечественные моторные масла в основном готовят на
нефтяной основе. Она представляет собой смесь дистиллятного
235

Таблица 48. Некоторые марки отечественных масел
и область их применения
Марка масла*
Область применения
МС-20, МС-20С
М-бз/ЮВ, М-8ГЬ
М-8ВЬ М-4з/6Вь
М-63/ЮГ1 И Др.
М-8В2, М-10В2, М-6з/10В, М-8Г2, М-10Г2,
М-8Г2к, М-10Г2к, М-10Д, М-10ДМ и др.
М-14В2, М-14Г2 и др.
М-14В23, М-20В2
МС-20п, М-20Бп, М-16В2, М-10Г2ЦС,
М-14Г2ЦС, М-20Г2, М-14ДЦЛ20, М-16Е-30,
М-16Е-60 и др.
МТЗ-Юп, МТ-16П, М-16ИХП-3
Масла для авиационных
поршневых двигателей
Масла для карбюраторных
двигателей
Масла для автотракторных
дизелей
Масла для тепловозных
дизелей
Масла для стационарных
дизелей
Масла для судовых дизелей
Масла для тяжелых
транспортных дизелей
* Некоторые масла сохранили старую маркировку.
(М-6) и остаточного (М-20) компонентов, причем содержание
последнего возрастает с повышением вязкости основы (М-8,
М-11, М-14, М-16*). Наряду с перечисленными для получения
моторных масел используются также высокоиндексные базовые
масла (АСВ-5, АСВ-6 и т. д.). Как правило, их вовлекают в
производство загущенных масел, в состав которых входят гголи-
мерные присадки.
Введение в базовое масло полимерных присадок повышает
уровень вязкости масла, однако не ухудшает
вязкостно-температурных свойств основы. Как правило, загущенные масла, имея
одинаковый уровень вязкости по сравнению с нефтяными при
положительных температурах, резко превосходят последние по
подвижности в области низких температур.
Масла для карбюраторных двигателей. Основными марками
отечественных моторных масел для карбюраторных двигателей
являются М-8А, М-8БЬ М-8ВЬ М-8ГЬ М-63/ЮГ1 и М-12ГЬ По
физико-химическим показателям автомобильные масла должны
соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблГ 49.
Кроме того, для смазки карбюраторных двигателей используют
загущенные масла — М-43/6ВЬ М-63/ЮВ** и др.
Масло M-8Bi приготовлено на основе базового масла М-8,
содержит присадки АСК, ДФ-Н, С-5А, АЗНИИ—ЦИАТИМ-1 и
ПМС-200А; оно удовлетворяет требованиям среднефорсирован-
ных двигателей.
* Цифра означает величину вязкости при 100 °С в мм2/с.
** Масло М-6з/10В является всесезонным универсальным маслом,
пригодным для смазки как карбюраторных двигателей, так и дизелей.
36

Масло М-6з/ЮВ получено загущением базовых масел АСВ-5
или АСВ-6, содержит в своем составе композицию
функциональных присадок и используется как всесезонное для смазки сред-
нефорсированных карбюраторных двигателей. Масло,
приготовленное на основе АСВ-6, имеет температуру застывания минус
30°С, а на основе АСВ-5 — минус 40°С.
Масла М-8Г1 (зимнее), М-12П (летнее) и М-63/ЮГ1
(всесезонное) получают путем введения в базовые масла
высокоэффективных присадок MACK, ПМС, ДФ-11 и С-5А. Указанные
Таблица 49. Основные характеристики масел для карбюраторных
двигателей и дизелей
Показатели
Марка масла
M-8Bi
М-8Г,
М-12Г,
Вязкость
кинематическая, мм2/с
при 100 °С не более
при 0°С
Индекс вязкости, не
менее
Температура вспышки в
открытом тигле, °С, не
ниже
Температура застывания,
°С, не выше
Моющие свойства по
ПЗВ баллы, не более
Щелочное число, мг
КОН/1 г, не менее
Зольность сульфатная,
%, не более
8-И),5
1200
90
200
—25
0,5
4,0
0,95
8±0,5
100
210
—30
0,5
8,5
1,3
1О-ьО,5
1000
125
210
—32
0,5
10,5
1,65
12±0,5
95
220
—20
0,5
8,5
1,3
Показатели
М-8Г2
Марка
М-10Г2
масла
М-8Г2к
Продолжение
М-10Г2к
Вязкость
кинематическая, мм2/с
при 100°С, не более
при 0°С
Индекс вязкости, не
менее
Температура вспышки в
открытом тигле, °С, не
ниже
Температура застывания,
°С, не выше
Моющие свойства по
ПЗВ баллы, не более
Щелочное число, мг
КОН/1 г, не менее
Зольность сульфатная,
%, не более
8±0,5
1200
90
200
—25
1,0
6,0
1,65
П±0,5
90
205
— 15
1,0
6,0
1,65
8±0,5
1200
95
200
—30
0,5
6,0
1,15
11+0,5
90
205
—15
0,5
6,0
1,15
237

масла используют для смазки форсированных автомобильных
двигателей.
Масла для автотракторных дизельных двигателей.
Основными отечественными моторными маслами для автотракторных
дизелей являются масла марок М-8Г2, М-10Г2 и др. Для смазки
дизельных двигателей широко используют также масло М-63/10В.
По физико-химическим показателям автотракторные
дизельные масла должны отвечать требованиям и нормам,
представленным в табл. 49.
Масло М-8Г2 состоит из базового масла М-8 с композицией
присадок ВНИИ НП-360, ПМС, ДФ-11, АЗНИИ—ЦИАТИМ-1
(или АФК) и ПМС-200А. Моющие присадки вводят в масло в
концентрации на 30—35% большей, чем в масла группы В2.
Масло М-8Г2 рекомендуется использовать в качестве зимней
марки для смазки высокофорсированных автотракторных
дизельных двигателей.
Масло М-10Г2 получено на основе базового масла М-11 с
композицией присадок ВНИИ НП-360, ПМС, ВНИИ НП-354 и
ПМС-200А. Рекомендуется в качестве летнего сорта для тех же
двигателей, что и масло М-8Г2.
Масла М-8Г2к (зимнее) и М-10Г2к (летнее) используют для
смазки высокофорсированных быстроходных дизелей. По своим
эксплуатационным свойствам они превосходят масла М-8Г2 и
М-10Г2.
Помимо указанных выше марок, для смазки автотракторных
дизелей используют масла группы Д. Их рекомендуют
применять для смазки высокофорсированиых дизельных двигателей с
увеличенным в 2 раза сроком смены по сравнению с маслами
группы Г2.
Масла для стационарных, тепловозных и судовых дизелей.
Масло М-14В2 получают на базе масла М-14 с вовлечением
композиции функциональных присадок. Оно предназначено для
смазки форсированных тепловозных дизелей, работающих на
дизельном топливе с содержанием серы до 0,5%.
Масло М-20Бп1 получают на базе масла М-20 (или МС-20)
с композицией присадок ЦИАТИМ-339, ПМС, ДФ-11 и
ПМС-200А; предназначено для смазки судовых и других
дизелей средней мощности.
Масло М-20Г2 готовят на базе М-20 (или МС-20) с
вовлечением присадок ВНИИ НП-370, ПМС, ДФ-11 и ПМС-200А;
оно рекомендуется для смазки высокофорсированных судовых
дизелей большой мощности.
Масло М-16Е получают на базе масла М-16 с вовлечением
функциональных присадок. Масла предназначены для смазки
цилиндровых втулок и поршней малооборотных судовых
дизелей с лубрикаторной системой смазки, работающих на дистил-
лятных и остаточных топливах. Производят масла двух марок—
М-16Е-30 со щелочностью 30 мг КОН/г и М-16Е-60 со
щелочностью 60 мг КОН/г. Первое из указанных применяют для смаз-
238

.ки двигателей, работающих на топливе с содержанием серы до
0,2%, второе — на тошшве с содержанием серы до 4,5%. В
настоящее время разработано масло М-20Е-60, которое
отличается от масла М-16Е-60 более высоким уровнем вязкости и
лучшими противоизносными свойствами.
Масла для быстроходных транспортных дизелей. Масло
.МТЗ-Юп представляет собой загущенную маловязкую основу
нормированного фракционного состава с композицией
присадок; его используют в качестве зимнего, а в ряде случаев в
качестве всесезонного сорта.
Масла МТ-16п и М-16ИХП-3 получают на базе масла М-16
с вовлечением присадок; по уровню эксплуатационных свойств
масло М-16ИХП-3 превосходит масло МТ-16п. Эти масла
используют как летние и всесезонные сорта.
Масло для авиационных поршневых двигателей МС-20
является высоковязким маслом селективной очистки без
присадок.
Масло для двухтактных бензиновых двигателей АСп-9,5
представляет собой базовое масло селективной очистки с
композицией присадок; его используют для смазки мотоциклетных
двигателей, подвесных лодочных моторов и в других
двухтактных двигателях малой мощности в смеси с бензином (в
соотношении 1 : 25).
ГЛАВА 10
МАСЛА ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
10.1. СИСТЕМА СМАЗКИ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
И ГАЗОВЫХ ТУРБИН
Для обеспечения надежности работы воздушно-реактивных
газотурбинных двигателей (ГТД) используют смазочные масла.
Например, в турбореактивных авиационных двигателях масло
применяют для смазки и охлаждения крупногабаритных
высокоскоростных подшипников качения турбокомпрессорного
агрегата (газовой турбины, компрессора), шестерен коробки
привода агрегатов и других узлов трения; оно используется также как
гидравлическая жидкость в различных системах регулирования
и автоматики. В турбовинтовых двигателях масло служит еще
и для смазки и охлаждения тяжелонагруженного силового
редуктора.
Различные узлы и детали газотурбинных двигателей
смазываются по-разному. Так, наиболее нагруженные подшипники,
зубчатые и шлицевые соединения имеют принудительную
смазку под давлением, осуществляемую при помощи центробежных
или струйных форсунок. Остальные трущиеся детали
смазываются разбрызгиванием.
239

Маслосистемы газотурбинных двигателей сконструированы
по принципу «сухого картера». В современных двигателях
применяют циркуляционные, замкнутые (одноконтурные и двухкон-
турные), незамкнутые и комбинированные системы смазки.
Системы смазки ГТД независимо от особенностей их конструкций
включают следующие элементы: масляный бак, масляный
радиатор, насосы, фильтры, воздухоотделитель, масляные
форсунки и маслопровод. Поскольку ГТД установлены
преимущественно на летательных аппаратах, к надежности их работы
предъявляют гораздо более высокие требования, чем к двигателям,
используемым на наземной технике. Исходя из этого
повышенные требования предъявляют и к системам смазки
газотурбинных двигателей. В целом в этих двигателях по сравнению с
поршневыми двигателями наземной техники повышена система
контроля за количеством масла в системе смазки.
10.2. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ МАСЕЛ
В связи с конструктивными особенностями газотурбинных
двигателей условия работы смазочных масел в них существенно
отличаются от условий работы масел в поршневых двигателях
внутреннего сгорания. В отличие от поршневых двигателей,
например, смазочное масло в ГТД изолировано от камеры
сгорания (зоны горения топлива); кроме того, в наиболее
ответственных узлах трения реализуется в основном трение качения,
а не трение скольжения, как в поршневых двигателях
(коэффициент трения качения на порядок ниже коэффициента
трения скольжения). Вал турбокомпрессора в ГТД хорошо
уравновешен в отличие от поршневых двигателей и, несмотря на
большие обороты и высокие осевые и радиальные нагрузки,
работает без резких переменных нагрузок.
Современные газотурбинные двигатели характеризуются
повышенной напряженностью работы: высокие температуры — до
300°С, большие рабочие нагрузки в узлах трения — 3-103 МПа,
огромные скорости вращения газовых турбин—12 000—20 000
мин"1. Напряженность работы масла в таких условиях
эксплуатации ГТД определяется количеством тепла, которое
необходимо отвести от трущихся деталей, и при прочих равных
условиях характеризуется скоростью прокачивания масла через
двигатель. В турбореактивных авиационных двигателях масло
прокачивается через подшипники ротора турбокомпрессора,
приводы агрегатов, а в турбовинтовых и через редуктор. Количество
тепла, выделяемого в процессе эксплуатации, зависит от
режима работы двигателя.
Температура масла на входе в ГТД колеблется от 20 до
50°С, а на выходе существенно зависит от условий
эксплуатации. В частности, температура масла на выходе в двигателях
самолетов, летающих с дозвуковыми скоростями, не превышает
240

125°С. При переходе на сверхзвуковую скорость полета
температура масла повышается до 140—150°С, а при скорости полета
около 2М* она достигает 200°С.
Особенности конструкции турбовинтовых двигателей
связаны с наличием в них шестереночных редукторов, которые
предназначены для передачи больших усилий и работают при
высоких контактных нагрузках. Выдержать такие нагрузки, как
показывает опыт эксплуатации, могут масла с пювышенной
вязкостью. По этой причине, как правило, масла для
турбовинтовых двигателей имеют более высокую вязкость, чем масла для
турбореактивных двигателей.
Помимо общих требований, связанных с необходимостью
иметь высокие смазочные, антиокислительные,
вязкостно-температурные, противокоррозионные и другие свойства масла для
современных ГТД должны иметь возможно более узкий
нормированный фракционный состав. Такое ограничение позволяет
обеспечить минимальные потери от испарения и постоянство
вязкостных характеристик в процессе эксплуатации. Последнее
особенно важно для поддержания надежной работы систем
регулирования.
Особенность работы масла в корабельных газотурбинных
установках — возможность обводнения. Поэтому к маслам,
предназначенным для корабельных газотурбинных установок,
выдвигается дополнительное требование повышенной водостойкости.
Следует иметь также в виду, что наличие воды приводит к
гидролизу масел, полученных с использованием сложных эфиров.
И это обстоятельство необходимо учитывать как при
эксплуатации масла, так и при его хранении, особенно во влажной
атмосфере.
Масла для реактивных двигателей и в частности тех,
которые устанавливают на летательных аппаратах, проходят
наиболее тщательную проверку. При оценке качества масла
учитывают возможные условия эксплуатации и напряженность
работы его в двигателе. Последняя характеризуется по температуре
масла на выходе из двигателя. По этому показателю двигатели
летательных аппаратов условно можно разделить на 4 группы:
с температурой масла на выходе соответственно не более 150,
200, 250 и 300°С. Условия работы, определяемые первой
группой, как правило, реализуются в дозвуковой авиации и
сверхзвуковых самолетах, летающих со скоростью, не превышающей
1,5М. Ко второй группе относятся самолеты со скоростью
полета до 2,0—2,2М, к третьей — до 2,5—2,8М и к четвертой до
3,0—3,2М.
Исходя из этого осуществляется всесторонняя оценка
качества масел разными методами, позволяющими получать полное
представление об интересующих свойствах. Наиболее
информативные методы, используемые при исследовании масел для ре-
* М — число Маха, обозначающее скорость, равную скорости звука.
16—1354 241

активных двигателей, сгруппированы в два комплекса методов—
комплекс методов квалификационной оценки масел для
авиационных ГТД и редукторов вертолетов и комплекс методов
квалификационной оценки масел для судовых паротурбинных и
газотурбинных установок.
Например, комплекс методов квалификационной оценки
масел для авиационных ГТД и редукторов вертолетов включает в
себя определение термоокислительной стабильности масел в
объеме и в тонком слое, кинематической вязкости,
фракционного состава, степени чистоты, смазочных и в том числе противо-
питтинговых свойств, стабильности вязкости масел и т. д.
Наряду с перечисленными в комплекс входят также методы,
определяющие содержание в маслах функциональных присадок.
10.3. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
10.3.1. Смазочные, противокоррозионные
и защитные свойства
Авиационные масла для газотурбинных двигателей должны
обладать хорошими смазочными свойствами. Масло, разделяющее
поверхности трения, снижает трение и износ сопряженных
деталей. Считается, что при прочих равных условиях противоиз-
носные (смазочные) свойства повышаются с увеличением
вязкости масел. Например, по величине критической нагрузки
заедания Рк, определяемой на четырехшариковой машине трения,
маслосмеси, рекомендуемые для смазки турбовинтовых
двигателей, практически равноценны между собой. По этому
показателю они уступают маслу МС-.20, но превосходят маловязкое
масло МК-8. Аналогичные результаты имеют место и для
диаметра пятна износа при нагрузках ниже Рк (табл. 50). Однако
большая вязкость отражается на низкотемпературных
свойствах. Поэтому при подборе масел с оптимальными смазочными
характеристиками необходимо учитывать и их вязкостные
свойства. Наилучший способ улучшения смазочных свойств масел —
Таблица 50. Противоизносные свойства маслосмесей и их компонентов
Состав масла

Критическая
нагрузка
заедания
Я„ Н
Диаметр
пятна
износа,
мм
при Р
к
Диаметр пятна износа при
различных нагрузках, мм
75%
25%
МС-20 + 25%
МС-20+75%
МС-20 (100%)
мк-г
* (100%)
МК-8
МК-8
550
400
500
290
0,38
0,47
0,26
0,48
0
0
—
,26
—
,30
0
0
0
0
,32
,28
,36
.34
0,33
0,33
0,40
0,50
0
1
0
,36
,05
,43
0
1
,38
—
,24

Таблица 51. Коррозионная агрессивность масел для газотурбинных двигателей
Установка ПЗЗ, температура опыта 150 СС
Масло+присадка
Без стеариновой кислоты
масло А
масло Б
Со стеариновой кислотой
масло В
масло Г
Коррозия, г/
свинца
15,1
24,9
319
282
меди
0,5
1,9
1,6
1,5
введение противоизносных присадок в основу, обладающую
заданными вязкостно-температурными свойствами.
Смазываемые поверхности трения в газотурбинных
двигателях могут подвергаться п'иттингу. Поэтому при разработке
авиационных масел этому свойству следует уделять особое внимание.
Смазочное масло, контактируя с различными металлами ц
сплавами в газотурбинном двигателе, может вызвать их
коррозию. Медь, свинец и сплавы на их основе наиболее склонны к
коррозионному поражению. Коррозионную агрессивность, как
известно, могут проявлять и продукты окисления, а также
некоторые присадки, выполняющие роль противоизносных
агентов. Это приводит к необходимости детального изучения
данного эксплуатационного показателя.
Для контроля за коррозионной агрессивностью авиационных
масел можно использовать установку ПЗЗ. Установка
предназначена для оценки коррозионных свойств, окисляемое™ и
испаряемости масел. Она представляет собой малоразмерную
лабораторную установку, имитирующую условия работы масла в
системе смазки двигателя (циркуляция, аэрация, нагрев и
контакт с различными металлами). Установка состоит из бачка с
испытуемым маслом, насоса и кассет, где размещаются
свинцовые и медные пластины. Объем испытуемого масла — 250 мл.
Коррозионные свойства масел оценивают по изменению массы
свинцовых пластинок, окисляемость — тэ содержанию осадка,
изменению кислотного числа и вязкости, а испаряемость — по
уменьшению массы масла за время испытания.
Синтетические основы, используемые для получения
авиационных масел, в большей степени по сравнению с минеральными
склонны вызывать коррозию цветных металлов. Поэтому при
получении масел на синтетической основе их коррозионная
агрессивность жестко контролируется и снижается введением
специальных присадок.
Коррозионная агрессивность масел для газотурбинных
двигателей зависит также от наличия в них противоизносных
присадок. Так, при введении в масло для турбореактивных
двигателей в качестве противоизносной присадки 0,05—0,1%
стеариновой кислоты резко повышается коррозионная агрессивность
16* 243

Таблица 52. Сравнительная характеристика физико-химических и
эксплуатационных свойств ингибированных и неингибированных масел
для газотурбинных двигателей
Показатели
Кинематическая
вязкость, мм2/с
при 100°С
при 50 °С
при —35°С
при —40°С
Температура, °С
вспышки в закрытом
тигле
застывания
Кислотное число, мг
КОН/г
Зольность, %
Марка масла
МС-8п
—
8,5
—
3800
157
—55
0,024
0,02
МС-8РК
—
9,5
—
4120
157
—55
0,09
0,02
МН-7,5у
7,7
—
6100
160
—53
0,02
0,02
МН-7.5РК
7,9
—
7800
—
160
—53
0,09
0,02
масла по отношению к цветным металлам (табл. 51). Поэтому
содержание и тип присадки необходимо регламентировать с
учетом условий применения масла.
Недостатком минеральных масел для ГТД, используемых в
практике, являются их невысокие защитные свойства, что
приводит к коррозионному поражению («ржавлению»)
металлических узлов и деталей двигателей, особенно в период их
хранения или остановки. Для устранения этого недостатка созданы
рабоче-консервационные масла путем специального подбора
ингибиторов коррозии. Масла марок МС-8РК и МН-7,5РК
сохраняют высокие эксплуатационные свойства (табл. 52) и выгодно
отличаются хорошей защитной эффективностью:
Масло
Поражение поверхности
стальной пластинки в
камере влажности за 24 ч, %
МС-8
60
МС-8РК
5
МН-7,5у
90
МН-7,5РК
0
Создание и применение рабоче-консервационных авиационных
масел позволит удлинить срок службы техники, сократить
материальные затраты, расходуемые на консервацию и
расконсервацию авиационных двигателей.
10.3.2. Вязкостно-температурные свойства
Вязкостно-температурные свойства определяют возможность
пуска газотурбинного двигателя и прокачиваемость масла по
системе смазки при низких температурах. Для обеспечения
нормального пуска двигателей, как показывает опыт эксплуатации,
вязкость масла должна быть в пределах 2000—4500 мм2/с. При
работе турбореактивных двигателей, в частности, нормальная
244

Таблица 53. Критические температуры
для турбореактивных двигателей
Масло
Минеральное
Синтетическое
Вязкость
кинематическая при 50 °С,
мм2/с
7
7
прокачивав мости масел
Температура (
нарушается
—43
—51
С), при
масла
\
которой подача
прекращается
—51
—59
подача масла к узлам трения нарушается при вязкости, равной
5000 мм2/с, и полностью прекращается при v = 20 000 мм2/с.
Прокачиваемость масел характеризуется критической
температурой, при которой их подача к узлам трения нарушается
или прекращается полностью. В табл. 53 приведены
ориентировочные критические температуры прокачиваемости масел. Эти
величины, однако, могут меняться в зависимости от
конструкции систем смазки.
Синтетические масла для турбореактивных двигателей
обладают лучшими пусковыми свойствами и прокачиваемостью по
сравнению с равновязкими (при положительных температурах)
минеральными маслами (табл. 54).
Таблица 54. Вязкость масел
при низких температурах
Масло
Минеральное МК-8
Синтетическое
для
0
турбореактивных
°с
95
80
двигателей
Вязкость кинематическая, мм2/с
-10 °С
210
170
—20 °С |
530
340
—30 °С [
- 1700
850
—40 °С
7000
2600
Они также имеют и лучшие вязкостно-температурные
свойства по сравнению с минеральными смесями. В зависимости от
климатических условий и температуры окружающего воздуха
для смазки таких двигателей кроме отдельных сортов масел
рекомендуется применять маловязкие и высоковязкие маслосмеси.
Первые позволяют осуществлять запуск при температуре около
— 25°С, а вторые — при — 5°С (табл. 55). Некоторого улучше-
Таблица 55. Вязкостно-температурные характеристики маслосмесей
для турбовинтовых двигателей
Смесь,
Маловязкая,
+ 25% МС-20
Высоковязкая
+ 75% МС-20
состав
75%
, 25%
МК-8 +
МК-8 +
100 °С
4,4
11,3
Вязкость
50 °С
18
68
кинематическая, мм2/с
0°С
280
2300
—30 °С
6000
150 000
-40 °С
,21 500
245

ния вязкостно-температурных свойств минеральных масел для
обеспечения пусковых характеристик добиваются путем
разбавления их реактивным топливом.
10.3.3. Антиокислительные свойства
Окисление масла при его работе в двигателе приводит к
образованию отложений и увеличению вязкости масла, повышению
его кислотного числа, а также изменению ряда других физико-
химических показателей. Увеличение вязкости масел
отрицательно сказывается на пусковых характеристиках двигателя.
В процессе окисления возможно и образование осадков. Они
забивают фильтрующие элементы маслофильтров, вызывая
падение давления в маслосистеме, что, в свою очередь, приводит
к «масляному голоданию» различных узлов двигателя.
Накопление осадков ведет к перебоям в работе двигателя или даже
к полному выходу его из строя.
Окисляемость масел зависит от его химического состава,
температуры и времени окисления (табл. 56), большое влияние
оказывают и металлы, выполняющие роль катализатора.
Масса образующегося осадка оказывается пропорциональной
каталитической активности металла (табл. 57). Для снижения
окисляемое™ масел и повышения их термоокислительной ста-
Таблица 56. Влияние температуры и длительности работы
на окисляемость масла МК-8
Температура, °С

Продолжительность окисления, ч
Показатели окисленного масла
кислотное число,
мг КОН/г
масса осадка, %
100
120
120
150
150
150
150
175
175
40
40
100
2,5
5
10
25
2,5
5
0,04
0,09
0,18
0,10
0,20
0,28
1,02
0,75
0,83
0,02
0,04
0,11
0,07
0,10
0,13
0,63
0,35
0,83
Таблица 57. Влияние каталитической активности металла
на образование осадка в ситетическом авиационном масле
Металл
Масса
металла, %
Масса
осадка при
окислении, %
Металл
Масса
металла, %
Масса
осадка при
окислении, %
0,5
Отсутствие
0,34
Медь
Свинец
0,5
0,5
0,60
0,82
246

бильности к ним следует добавлять высокоэффективные
антиокислительные присадки, проявляющие свое действие в широком
диапазоне температур (рис.54).
10.4. СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАСЛА
ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Для смазки реактивных двигателей вначале успешно
использовали маловязкие минеральные масла без каких-либо присадок.
По мере развития авиационной техники с появлением более
совершенных двигателей условия работы масел в газотурбинных
двигателях ужесточились. Это привело к тому, что наряду с
минеральными маслами начали использовать масла на
синтетической основе. Кроме того, в масла стали добавлять присадки
различного функционального назначения, преимущественно
беззольные антиокислительные и противоизносные.
Масла для турбореактивных двигателей. Для смазки
авиационных двигателей, как правило, применяют маловязкие
нефтяные и синтетические масла, вязкость которых при 100°С
колеблется в интервале 3—8 мм2/с.
Масло МК-8п представляет собой базовое масло МК-8, в
которое для повышения термоокислительной стабильности
добавлена антиокислительная присадка.
Масло МС-8п получают путем введения в масло МС-8
антиокислительной, противоизносной присадки и деактиватора
металла.
Масло 36/1-куА готовят на основе сложных эфиров жирных
кислот с присадками, повышающими его антиокислительные и
противоизносные свойства; это масло используют для теплона-
1 пряженных турбореактивных двигателей.
Масло ВНИИ НП-50-1-4ф получают при введении в масло
на основе диэфиров присадок, повышающих его
противоизносные свойства и термоокислительную стабильность. Применяют
€го в двигателях, где температура масла достигает 175°С.
Масло ИПМ-10 является синтетическим углеводородным
маслом с антиокислительными и противоизносными присадками.
Оно отличается высокой термоокислительной стабильностью и
хорошими вязкостно-температурными свойствами.
Масло ВТ-301 представляет собой
кремнийорганическую жидкость с
антиокислительной присадкой и
характеризуется высокой
термоокислительной стабильностью и низкой
летучестью.
Рис. 54. Зависимость образования осадка в q о05 0Ю 0 15 0 20 025
синтетическом авиационном масле от содер- Содержание антио\'ист'
жания антиокислителя аминного типа. те,:? %
247

Таблица 58. Основные характеристики нефтяных масел
для турбореактивных двигателей
Марка масла
Показатели
МК-8п МС-8п
Вязкость, мм2/с
при 50 °С, не менее 8,3 8,0
при 20°С, не более 30,0 —
Кислотное число, мг КОН/г, не более 0,04 0,05
Зольность, %, не более 0,005 0,008
Содержание
водорастворимых кислот и щелочей Отсутствие
механических примесей Отсутствие
воды Отсутствие
серы, % 0,14 0,6
Температура, °С
вспышки в закрытом тигле, не ниже —55 —55
застывания, не выше 135 150
растворения анилина в масле (анилиновая 79 —
точка), не ниже
Натровая проба с подкислением, баллы, не более 2 —
Стабильность против окисления после добавления
антиокислительной присадки
осадок, %, не более 0,15 0,15
кислотное число, мг КОН/г, не более 0,6 0,7
В табл. 58 и 59 представлены основные характеристики
нефтяных и синтетических масел для турбореактивных двигателей.
Масла для турбовинтовых двигателей. Для смазки этих
двигателей применяют нефтяные и синтетические масла. В качестве
нефтяных используют смеси, получаемые смешением маловязкого
масла МК-8 и высоковязкого масла МС-20 (или МС-20с). При
этом рекомендуется применять смеси в соотношениях
маловязкий компонент к высоковязкому, равных 75:25, 50 : 50 и 25 :75.
Для повышения термоокислительной стабильности смеси с
максимальным содержанием маловязкого компонента к ней
добавляют антиокислительную присадку.
Наряду с маслосмесями для смазки турбовинтовых
двигателей разработаны и используются специальные масла.
Масло МН-7,5у получают из нефтяной основы, в которую
вводят загущающую, противоизносную и антиокислительную
присадки. Оно отличается повышенной термоокислительной
стабильностью и позволяет обеспечить запуск двигателей при
температуре — 30°С.
Масло ВНИИ НП-7 — композиция синтетической основы с
загущающей, п'ротивоизносной и антиокислительной
присадками; отличается малой испаряемостью и низкой склонностью к
коксообразованию при высоких температурах.
Масло Б-ЗВ — синтетическое, изготовленное на основе
сложных эфиров жирных кислот с противоизносной и
антиокислительной присадками.
248

Таблица 59. Основные характеристики синтетических масел
для турбореактивных двигателей
Показатели
Вязкость, мм2/с
при 100 °С, не менее
при —30°С, не более
при — 40 °С, не более
при —54 °С, не более
Кислотное число, мг КОН/г,
не более
Температура, °С
застывания, не выше
вспышки в открытом тигле,
не выше
Термоокислительная
стабильность
время окисления, ч
температура, °С
осадок, нерастворимый в
изооктане, %, не более
кислотное число, мг
КОН/г, не более
вязкость, мм2/с, не -более
при 100°С
при —40°С
Смазочная способность на
ЧШМ трения Рк, Н, не менее
Марка масла
•36/1-куА
3,5
—
3700
3,2—4,2
—60
195
10
200
0,3
7,0
—
—
790
ВНИИ НП
50-1-4Ф
ИПМ-10
3,2 3,0
— —
2000 2000
11000 —
0,22 0,05
—60 —50
204 190
72 50
175 200
— 0,4
2,0 8,0
— 4,5
— 5000
— 710
ВТ-301
8,5
—
800
2500
0,33
—60
250
50
250
—
0,8
—
—
—
Таблица
60.
Основные
Показатели
характеристики
масел для
Б-ЗВ
турбовинтовых
Марка масла
МН-7,5у
двигателей
ВНИИ НП-7
Вязкость при 100 °С, мм2/с, не менее
Кислотное число, мг КОН/г, не более
Содержание, %
водорастворимых кислот и
щелочей
механических примесей
воды
Температура, °С
вспышки в открытом тигле, не
ниже
застывания, не выше
Стабильность против окисления при
150°С через 50 ч
масса осадка, % не более
кислотное число, мг КОН/г, не
более
5,0
4,4-5,5
Следы
235
—60
£gg* 7,5 7,5—8,0
0,1 £,_ 0,3
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
155
-55
0,Ю
0,35
210
-6 0
0,06
0,6

Характеристики масел для турбовинтовых двигателей
приведены в табл. 60.
Масла для газотурбинных установок. Различают типы
газотурбинных установок (наземные и корабельные) с раздельными
системами смазки двигателя и редуктора, и с системами, в
которых используется единый сорт масла. Для смазки в
газотурбинных установках можно использовать те же масла, которые
применяют в авиационных газотурбинных двигателях: МК-8,
маслосмеси и др. Кроме того, допускается использование
турбинных масел. Для смазки редукторов применяют масло МС-20,
судовые моторные масла и т. п.
Вместе с тем для смазки, в частности корабельных
газотурбинных установок, разработано и используется специальное
единое масло для судовых газовых турбин — масло СГТ. Его
получают на основе трансформаторного масла с добавлением про-
тивоизносной и антиокислительной присадок.
ГЛАВА 11
ТРАНСМИССИОННЫЕ МАСЛА
11.1. СИСТЕМА СМАЗКИ ТРАНСМИССИЙ
Передача усилий от двигателя (привода) непосредственно к
исполнительному механизму в технике осуществляется с
помощью специальных устройств. Для этого между приводом и
исполнительным механизмом устанавливают шестереночные и
червячные передачи самых разнообразных типов и размеров.
Все виды силовых передач, используемых в технике,
подразделяют на агрегаты трансмиссий транспортных машин и на
промышленные редукторы.
Агрегаты трансмиссий транспортных машин предназначены
для передачи мощности от двигателя к движителю (колесу,
гусенице, гребному валу и т. д.) В конструктивном отношении
трансмиссии делят на механические и гидравлические.
Механическая трансмиссия обычно состоит из сцепления, коробки
передач, карданной передачи и ведущего моста. На автомобилях
повышенной проходимости — с двумя и более ведущими мостами —
в трансмиссию дополнительно включают раздаточные коробки
и коробки отбора мощности.
К числу основных агрегатов трансмиссий, смазываемых
маслом, относятся: коробка передач, ведущий мост, коробка
отбора мощности, раздаточная коробка.
Гидравлическая трансмиссия в отличие от механической
состоит из гидромуфты, гидротрансформатора, шестереночной
(механической) коробки передач и системы автоматического
регулирования. Гидравлические трансмиссии характеризуются неко-
250

торыми особенностями работы; так, энергия от ведущего вала
к ведомому передается при помощи жидкого рабочего тела.
По принципу работы различают гидродинамические и
гидростатические (или гидрообъемные) передачи. Гидродинамическая
.передача состоит из гидромуфты и гидромеханической коробки
передач, а гидрообъемная — из насоса и гидромотора.
Промышленными редукторами называют механизмы,
состоящие из зубчатых или червячных передач, выполненных в виде
отдельного агрегата. Промышленные редукторы различаются
размерами и классифицируются по ряду признаков: взаимному
расположению валов — параллельные, пересекающиеся и т. д.,
расположению зубьев относительно образующих шестерен —
прямозубые, косозубые и т. д., величине окружной скорости —
тихоходные (до 3 м/с), среднескоростные (3—15 м/с),
быстроходные (свыше 15 м/с) и т. п.
11.2. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ МАСЕЛ
Условия работы смазочных масел в шестереночных передачах
определяются тремя факторами — температурой, скоростью
вращения шестерен и удельным давлением в зоне контакта.
Рабочая температура масла в агрегатах трансмиссии
транспортных машин и промышленных редукторов изменяется в
довольно широких пределах. Она колеблется от температуры
окружающего воздуха до температуры, установившейся в
процессе работы, и последняя может достигать 120—150° С.
Приведенные значения характерны для температуры масла в объеме.
Фактическая же температура масла в зоне контакта зубьев
шестерен может достигать 200—250°С и более. Температура масла
в значительной мере зависит от удельных нагрузок и скорости
вращения шестерен, определяемой скоростью скольжения в зоне
контакта. С увеличением нагрузки уменьшается толщина
смазочной пленки, разделяющей трущиеся поверхности, и
повышается тем самым вероятность интенсивного износа и заедания.
Фактические скорости скольжения в цилиндрических и
конических передачах составляют на входе в зацепление от 1,5—
3,0 м/с до 9—12 м/с. Для гипоидных передач характерны
значения до 15 м/с и более, в червячных редукторах — до 20—
25 м/с. В цилиндрических, конических и червячных передачах
удельные нагрузки в полюсе зацепления составляют 500—
2000 МПа, а в гиповдных передачах они в 2 раза выше.
В гидромеханической трансмиссии нагрузки в 1,5—3 раза
ниже, чем в механической. Скорости скольжения контактируе-
мых поверхностей практически не отличаются от скоростей
скольжения в механических трансмиссиях и равны 1,5—5,0 м/с.
Вместе с тем в гидромеханических трансмиссиях отмечается
значительный рост температуры. Одна из причин повышения
температуры — высокие скорости потоков масла вследствие
251

Таблица 61. Виды трансмиссионных масел, используемых
для смазки различных передач
Передача
Масло
Агрегаты трансмиссии транспортных машин
Коробки передач, коробки отбора Трансмиссионное масло с противоиз-
мощности, раздаточные коробки носными, антиокислительными и дру-
и т. д. гими функциональными присадками
Ведущие мосты с гипоидной главной Гипоидное масло
передачей
Ведущие мосты с червячной главной Трансмиссионное масло с эффекты в»
передачей ной противоизносной присадкой, не
корродирующей бронзу
Ведущие мосты с дифференциалами Трансмиссионное или гипоидное мае-
ограниченного проскальзывания ло с повышенными фрикционными
свойствами
Гидродинамические передачи Масло для гидромеханической
коробки передач
Гидрообъемные передачи Масло для гидрообъемных передач
Промышленные редукторы
Шестерни различных видов Широкий ассортимент редукторных
масел — от маловязкого масла без
присадок до гипоидного масла и
высоковязкого масла с повышенными
адгезионными свойствами
быстро вращающихся рабочих колес (скорости масла могут
достигать 80—100 м/с).
Высокие скорости потоков масла и непрерывный контакт его
с воздухом создают условия для усиленного пенообразования.
Чтобы уменьшить потери на внутреннее трение при высоких
скоростях потоков, требуется использование маловязких масел.
Помимо общих требований, связанных с необходимостью
обеспечения высоких смазочных, вязкостно-температурных,
антиокислительных, противокоррозионных и других свойств, к
трансмиссионным маслам могут предъявляться специфические
требования с учетом конструктивных особенностей передач. Например,
масла для гидромеханической коробки передач и ведущих
мостов с дифференциалами ограниченного проскальзывания
должны обладать высокими фрикционными свойствами. Изложенное
выше позволяет систематизировать особенности применения
трансмиссионных масел (табл. 61).
П.З. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
11.3.1. Смазочные свойства
Ввиду больших нагрузок, характерных для трансмиссий
современных машин, они работают в режимах либо эластогидродина-
мической, либо граничной смазки. Граничный режим смазки
252

Таблица 62. Влияние вязкости масла на его несущую способность
Шестереночный стенд, температура 120 °С
Показатели
Масло
нефтяное незагущенное
А
Б
В
F
нефтяное
загущенное
А
Б

синтетическое
А | Б
Рабочая вязкость
масла, мПа-с
Крутящий момент,
вызывающий
заедание, Н-м
3,8 5,8 10,2 12,8 2,9 4,7 7,1 13,5
17,1 23,8 31,3 30,9 31,1 45,8 23,3 31,4
также имеет место во всех зубчатых передачах при их пуске и
остановке независимо от режима смазки при установившемся
движении. Он сопровождается повышенным износом
поверхностей трения. Основными видами разрушения шестерен
агрегатов трансмиссий являются износ (нормальный износ или
истирание), заедание (задир) и питтинг.
Снизить износ и заедание можно за счет подбора масла
соответствующей вязкости. При этом известно, чем больше
вязкость, тем менее вероятна повреждаемость трущихся
поверхностей и выше несущая способность масляного слоя (табл. 62).
Однако повышение вязкости масел ухудшает
вязкостно-температурные свойства и увеличивает потери на трение. Поэтому
возможность улучшения смазывающих свойств масла за счет
увеличения его вязкости весьма ограничена. В этом случае в
масло вводят высокоэффективные противоизносные и противо-
задирные присадки (табл. 63).
Противогриттинговые свойства масел также можно улучшить»
варьируя вязкостью масла и вводя в его состав
противоизносные присадки.
Й.3.2. Вязкостно-температурные свойства
Вязкостно-температурные свойства являются важной
эксплуатационной характеристикой трансмиссионных масел. От
вязкости зависят, например, потери мощности на трение, спо-
Таблица 63. Противоизносные и противозадирные свойства масел,
используемых в трансмиссиях машин
Масло
МС-20
МТ-16п
ТАП-15В
ТАД-17и
ТСз-9гип
Вязкость
кинематическая при
100 °С, мм2/с
20
16
15
17
9
Критическая
нагрузка на ЧШМ
трения, Н
700
900
700
1350
2130
Удельная нагрузка
заедания шестерен
на стенде, МПа
1720
2130
2270
3250
3050
253

Таблица 64. Потери энергии в коробке передач, автомобиля
Условия работы — включена первая передача, скорость вращения вала 1 об/мин
Источник энергии
Внешнее трение
Внутреннее трение в потоке масла
в том числе
в подшипниках и сальниках
в шестернях
Крутящий момент, °
1
при 0 °С |
17,8
82,2
20,5
61,7
/о к суммарному
при —15 °С
6,7
93,3
14,4
78,9
собность масла удерживаться в узле трения и т. д.
Вязкостно-температурные свойства масла определяют при прочих
равных условиях уровень смазочного действия.
Температурный режим работы масла в трансмиссии
определяется следующими температурами:
минимальной, имеющей место в момент начала работы
передачи после длительного перерыва и равной самой низкой
температуре окружающего воздуха;
максимальной, устанавливающейся при экстремальных для
данной передачи условиях работы;
средне-эксплуатационной, характеризующей наиболее
вероятное значение температуры во время работы масла за весь
период эксплуатации.
Минимальная температура масла в агрегатах трансмиссий
техники, эксплуатирующейся в полярной зоне, может достигать
минус 60°С, в умеренной — минус 40°С и в жаркой — до минус
10°С. Каждой из приведенных температур соответствует своя
величина вязкости масла. Так, минимально допустимая вязкость
масла должна обеспечить работу агрегатов трансмиссий без пк>
Таблица 65. Вязкостно-температурные свойства некоторых
трансмиссионных масел
Показатели
Вязкость динамическая,
Па-с
при —40°С
при —30°С
при —20°С
при —10°С
при —0 °С
Вязкость
кинематическая, мм2/с
при 50 °С
при 100°С
Температура застывания,
°С
ТАП-15В
4500
300
45
12
130
14—16
—20'
Марка
i I
| ТСп-14 |
5500
300—500
100
20
1,6—3,0
95
14—15
—25
масла
ТСп-10
300—800
40—110
20
4
0,9—2,0
55
10
—40
ТСз-9гип
8
2,5
0,9
0,4
0,2
36
9
—50
254

вышенных утечек. Современные уплотнительные устройства
позволяют удерживать масло в узлах и агрегатах трансмиссий при
вязкости 25—30 мм2/с, а в ряде случаев даже до 10—15 мм2/с.
Вязкость масла при средне-эксплуатационной температуре не
должна превышать величину, при которой потери энергии на
внутреннее трение заметно снижают к. п. д. трансмиссии.
При высокой вязкости масла гютери энергии на внутреннее
трение масла преобладают в сумме общих потерь энергии на
трение, причем основная их доля приходится на потери в
главной передаче механической трансмиссии (табл. 64). Вязкость
масла при минимальной температуре не должна превышать
величину, при которой невозможно начать движение без
предварительного разогрева масла в узлах и агрегатах трансмиссии.
В общем случае масла с пологой вязкостно-температурной
кривой обеспечивают надежную эксплуатацию техники при
более низких температурах окружающего воздуха (табл. 65).
11.3.3. Антиокислительные, противокоррозионные
и защитные свойства
Трансмиссионное масло в процессе работы окисляется. Скорость
и глубина окисления зависят от продолжительности процесса,
температуры масла, каталитической активности металла,
концентрации кислорода и промоторов окисления. К числу последних
могут относиться некоторые из присутствующих в масле
функциональных присадок, в частности противозадирные.
Установлено, например, что степень срабатывания противозадирной
присадки при окислении трансмиссионного масла в большой
степени зависит от температуры масла и в меньшей от содержания
кислорода, катализатора и химического состава основы.
Окисление масла оказывает отрицательное влияние не
только на срабатывание присадок. В процессе окисления
ухудшаются вязкостно-температурные свойства масла, происходит
накопление кислых продуктов, способствующих повышенной
коррозии. Последняя резко возрастает с повышением температуры,
однако, как показывает практика, не бесконечно: при
температуре около 170рС коррозионность масла ослабевает, что,
по-видимому, связано с ускорением процесса конденсации и
полимеризации кислотных соединений и увеличением содержания в
масле продуктов более глубокого окисления — смол. Смолистые
вещества отлагаются на металлических поверхностях, образуя
лакообразные пленки, которые препятствуют контакту
поверхности металла с коррозионно-агрессивной средой.
Снижение коррозионной агрессивности достигается либо за
счет изменения содержания в масле присадок разного
функционального назначения, либо за счет добавления в композицию
деактиватора или пассиватора металла. Наиболее высокими
антикоррозионными свойствами из трансмиссионных масел
обладают масла ТСп-15к и ТСз-9гип.
255

Повышение коррозионной агрессивности масел и особенно
«ржавление» различных узлов и агрегатов трансмиссий
возможно при обводнении смазочного материала. В зависимости от
условий эксплуатации содержание воды в трансмиссионном масле
колеблется от десятых долей до нескольких процентов, достигая
в ряде случаев 5—8%. В воде содержится некоторое количество
неорганических солей и коррозионно-агрессивных компонентов,
попадающих во внутренние полости механизмов извне, либо
образующихся в процессе старения масла. Это создает
благоприятные условия для возникновения и протекания
электрохимической коррозии, которая интенсифицируется при хранении
техники. Для устранения коррозионного поражения в период
остановки машин и механизмов в масло вводят защитные
присадки. Сочетанием в масле функциональных и защитных
присадок можно получать так называемые рабоче-консервацион-
ные трансмиссионные масла. Последние имеют требуемый
уровень эксплуатационных (рабочих) свойств и одновременно
обладают защитной способностью, проявляющейся особенно в
период хранения. К числу первых отечественных рабоче-консерва-
ционных трансмиссионных масел относится универсальное
масло ТМ5-12РК.
11.4. СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
ТРАНСМИССИОННЫЕ МАСЛА
В настоящее время предложена классификация отечественных
трансмиссионных масел, учитывающая специфические условия
их эксплуатации. Согласно данной классификации в
зависимости от области применения установлены следующие группы
масел (ТМ — означает «трансмиссионное масло»):
ТМ1 — для прямозубых, спирально-конических и
червячных передач, работающих при контактных напряжениях до
1000 МПа и температуре масла в объеме до 90°С;
ТМ2 — для прямозубых передач, работающих при
контактных напряжениях до 2000 МПа и температуре масла в объеме
до 120°С;
ТМЗ — для прямозубых, спирально-конических и червячных
передач, работающих при контактных напряжениях более
2000 МПа и температуре масла в объеме свыше 120°С;
ТМ4 — для гипоидных передач, работающих при высокой
скорости скольжения и низком крутящем моменте, низкой
скорости скольжения и высоком крутящем моменте и температуре
масла в объеме до 135°С;
ТМ5 — для гипоидных передач, работающих при высокой
скорости скольжения и ударных нагрузках, высокой скорости и
низком крутящем моменте, низкой скорости, высоком крутящем
моменте и температуре масла в объеме выше 135°С.
Все трансмиссионные масла являются минеральными
маслами. Масла группы ТМ 1 — без присадок, ТМ2 — с противоиз-
носными присадками, ТМЗ — со слабыми противозадирными
256

Таблица 66.
по вязкости
Класс
вязкости
Классификация отечественных
эксплуатационным свойствам
Группа по эксплуатационным
ТМ 1 | ТМ 2
ТМ 3
трансмиссионных масел
и температуре применения
свойствам
ТМ 4
ТМ 5
Температурные
условия
применения, СС
6 — — ТМЗ—6 ТМ4—6 ТМ5—6 От —65 до 15
9 — ТМ 2—9 ТМ 3—9 ТМ 4—9 ТМ 5—9 От —60 да 25
12 — ТМ2—12 ТМЗ—12 ТМ4—12 ТМ 5—12 От —50 до 30
18 ТМ 1 —18 ТМ2—18 ТМЗ—18 ТМ 4—18 ТМ 5—18 От —35 до 35
34 ТМ 1—34 ТМ2—34 ТМ 3—34 ТМ 4—34 ТМ 5—3* От —20 до 45
43 ТМ 1—43 ТМ 2—43 ТМ 3—43 ТМ 4—43 ТМ 5—43 От —5 до 55
присадками, ТМ4 — минеральные с сильными противозадир-
ными присадками, ТМ5 — с сильными противозадирными
присадками и высокой термоокислительной стабильностью.
В зависимости от вязкости, эксплуатационных свойств и
климатических условий применения установлены марки
отечественных трансмиссионных масел, представленные в табл. 66 и 67.
Масло, относящееся к классу «6», по вязкости
рекомендуется для использования в условиях арктики, «12» — в условиях
севера, «43» — в тропических условиях. По предлагаемой
классификации масло, маркируемое как ТМЗ-9, означает —
трансмиссионное масло для смазывания тяжелонагруженных
трансмиссий, работающих при контактных напряжениях более
2000 МПа и температуре масла в объеме выше 12СРС и
относящееся к классу «9» по вязкости.
В последние годы наметилась тенденция использования
универсальных масел, предназначенных для работы одновременно
в напряженных гипоидных передачах ведущих мостов легковых
и грузовых автомобилей и в коробках передач с
цилиндрическими шестернями. В соответствии с предлагаемой классификацией
основной ассортимент отечественных трансмиссионных масел
представлен в табл. 67. За рубежом (США, страны Западной
Европы) используется разработанная в США классификация
трансмиссионных масел по вязкости — классификация SAE, и
условиям применения — классификация API.
Таблица 67. Ассортимент отечественных трансмиссионных масел
Класс
вязкости
9
12
18
34
ТМ1
Нигрол «3»
Нигрол «Л»
Группа по
ТМ2
Марка А
ТСп-10
ТЭп-15
—
эксплуатационным свойствам
ТМЗ
—
ТСп-14
—
ТМ4
ТСз-9гип
—
ТСп-14гип
ТАП-15В
ТСп-15к
—
■ТМ5
ТМ5-12РК
ТАД-17и
—
17—1354
257

Уровень качества отечественных трансмиссионных масел
оценивают на разных приборах и установках. Те из них, которые
дают наиболее полное и объективное представление о дампом
свойстве масла, включены в два комплекса методов: комплекс
методов квалификационной оценки масел для трансмиссий
гусеничных машин и комплекс методов квалификационной оценки
автотракторных трансмиссионных масел. В соответствии с
этими комплексами предусматривается оценка
вязкостно-температурных свойств масел, коррозионной агрессивности, противоиз-
носных и противозадирных свойств и др. С целью получения
наиболее полного представления о заданных свойствах
предлагается использовать как лабораторные приборы, так и стенды.
Например, противоизносные и противозадирные свойства
рекомендуется оценивать на четырехшариковой машине трения и на
шестереночных стендах, представляющих собой систему
прямозубых шестерен.
При оценке качества трансмиссионных масел на
четырехшариковой машине трения (ЧШМ) определяют ряд показателей:
критическую нагрузку Рк, нагрузку сваривания Рс, показатель
износа Ди и индекс задира И3.
Метод оценки физической стабильности трансмиссионных и
редукторных масел заключается в анализе смазочных свойств
масел после нагревания, охлаждения и центрифугирования.
Изучение совместимости масел проводится путем определения
основных эксплуатационных свойств смеси в сравнении со
свойствами каждого масла в отдельности и т. д. В качестве базовых
для получения современных трансмиссионных масел
используют дистиллятные или остаточные масла различного уровня
вязкости. В последние годы за рубежом для производства
трансмиссионных масел вовлекаются синтетические компоненты.
В отечественной практике трансмиссионные масла получают
преимущественно путем смешения высоковязких
нефтепродуктов с маловязкими или загущения маловязких масел
высокополимерными присадками. Последний способ является наиболее
оптимальным и перспективным, поскольку, варьируя химическим
составом основы и типом загущающей присадки, можно
получать масла с заданными вязкостно-температурными свойствами.
Для приготовления товарного трансмиссионного масла к
основе добавляют функциональные присадки — противоизносные,
противозадирные, антиокислительные и др. Среди них особое
значение придается присадкам, снижающим износ и заедание.
Ниже рассмотрим наиболее распространенные сорта
отечественных трансмиссионных масел.
Масло ТСп-10 получают смешением деасфальтизата эмбин-
ских нефтей с маловязким низкозастывающим дистиллятным
компонентом. В масло вводят противоизносные присадки ЭФО
(цинкобариевая соль изобутилового эфира арилдитиофосфорной
кислоты), АЗНИИ—ЦИАТИМ-1 и ПМС-200А. Применяют для
258

смазывания тяжелонагруженных цилиндрических, конических и
спирально-конических передач.
Масло ТАП-15В — смесь экстрактов остаточных масел фе-
нольной очистки и дистиллятных масел с добавлением присадок
ОТП и АЗНИИ—ЦИАТИМ-1; вместо присадки ОТП
допускается введение других присадок, в частности присадки Л3-23к.
Рекомендуется для смазывания тяжелонагруженных
цилиндрических, конических или спирально-конических передач.
Масло ТСп-14 представляет собой смесь дистиллятного и
остаточного масел из сернистых нефтей с добавлением присадок
ОТП (или Л3-23к), ПМА-Д и ПМС-200А. Применяют для тех
же целей, что и масло ТАП-15В, однако это масло превосходит
последнее по вязкостно-температурным свойствам.
Масло ТАД-17и получают смешением дистиллятного и
остаточного масел с присадками Англамол-99
(многофункциональная), ПМА-Д и ПМС-200А. Применяют для смазывания
цилиндрических, конических, червячных, спирально-конических и
гипоидных передач автомобилей ВАЗ и другой техники.
Масло ТМ5-12РК производят с использованием низкозасты-
вающей основы, загущенной полимером, с добавлением
высокоэффективных противоизносных, противозадирных,
антикоррозионных и других присадок. Масло относится к числу
универсальных и предназначено для эксплуатации и консервации
тяжелонагруженных цилиндрических, спирально-конических, гипоидных
и червячных передач автомобилей и других транспортных
машин.
Масло МТ-8п — смесь дистиллятного и остаточного масел
с присадками МНИ ИП-22к, АЗНИИ—ЦИАТИМ-1 и ПМС-200А.
Применяют для смазывания планетарных коробок передач, пла-
Таблица 68. Основные характеристики некоторых трансмиссионных масел
Показатели
Вязкость кинематическая
при 100 °С, мм2/с
Индекс вязкости, не
менее
Температура, °С, не
менее
вспышки в открытом
тигле
застывания
Смазывающие свойства,
определяемые на ЧШМ
трения
индекс задира, не
менее
нагрузка сваривания,
Н, не менее
ТСп-10
>10,0
90
128
—40
48
3479
Марка
ТСп-14 1
14,54=0,5
£0
180
—25
55
3920
масла
ТАП-15В
15,0±1
—
180
—20
50
3283
[ ТАД-17и
>17,5
100
200
—25
58
3687
17* 259

нетарных бортовых передач, а также в системе гидроуправления
гусеничных машин в качестве всесезонного сорта в умеренной
и жаркой климатической зонах.
Масло марки А — продукт глубокой селективной очистки с
композицией присадок ПИБ, MACK, ДФ-11, ПМА-Д и
ПМС-200А. Предназначено для гидротрансформаторов и
гидромеханической коробки передач легковых и грузовых
автомобилей, автобусов и других машин п>ри всесезонном использовании
в умеренной и жаркой климатических зонах.
Некоторые физико-химические и эксплуатационные свойства
ряда перечисленных масел приведены в табл. 68.
ГЛАВА 12
ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ МАСЛА И МАСЛА
ПРОЧЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
12.1. ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ МАСЛА
12.1.1. Требования к качеству масел
В промышленности существуют разнообразные агрегаты и
механизмы, требующие смазки. К числу смазываемых деталей
относятся радиальные роликовые подшипники прокатных станов,
зубчатые, червячные и винтовые передачи металлорежущих и
деревообрабатывающих станков, прессов и др. Смазываемые
узлы и детали промышленного оборудования значительно
отличаются по скоростям скольжения, нагрузкам, реализуемым в зоне
контакта, и п»о многим другим характеристикам. Такое
различие в условиях работы промышленного оборудования
определяет и большой ассортимент индустриальных масел.
Независимо от назначения и специфических условий работы
можно выделить общие требования, предъявляемые к
индустриальным маслам. Для обеспечения нормальной и безотказной
работы промышленного оборудования индустриальные масла
должны обладать хорошими смазочными,
противокоррозионными, антиокислительными, защитными и противопенными
свойствами. Перечисленные свойства являются общими. Вместе с
тем с учетом специфических условий работы к отдельным
группам масел предъявляют дополнительные требования.
Например, высокими деэмульгирующими свойствами должны
обладать масла, использующиеся в сталеплавильной, угольной и
бумажной отраслях промышленности, где возможно попадание в
масло значительных количеств воды. В некоторых приборах
масла должны обеспечивать стабильный коэффициент трения
при испарении из него легких фракций и т. п.
260

12.1.2. Эксплуатационные свойства
Индустриальные масла должны обладать достаточными
смазочными свойствами для обеспечения нормального
функционирования узлов трения машин и механизмов. Смазочный материал,
используемый, например, для смазки направляющих, должен не
только снижать износ, но и уменьшать трение для
предотвращения скачкообразного движения при относительно низких
скоростях скольжения. Явление скачкообразного трения приводит к
движению с резкими толчками. Это, в частности, отрицательно
сказывается на работе металлорежущих станков при
необходимости особенно точной обработки изделий.
Во избежание скачкообразного трения следует изменять
соотношения между двумя коэффициентами трения (покоя и
движения), добиваясь незначительной разницы между их
величинами (рис. 55).
Смазочные материалы для направляющих должны также
обладать хорошими адгезионными свойствами, чтобы смазка не
выдавливалась под нагрузкой из зоны контакта направляющих.
Это достигается регулированием вязкости масла либо
введением в его состав присадок. Важно также не допускать
повышенного износа валков прокатных станов, в противном случае будет
изменяться толщина прокатного листа.
В маслах, не стойких к окислению и работающих в
контакте с водой, возможно интенсивное развитие коррозионных
процессов, результатом которых является появление ржавчины. Она
действует и как абразив и как катализатор последующего
окисления. Для предотвращения окислительных и коррозионных про-
. цессов в масла рекомендуется вводить специальные присадки.
Необходимо также, чтобы масла имели высокие адгезионные
свойства и не смывались водой с контактируемых металлических
поверхностей.
12.1.3. Современные и перспективные индустриальные масла
В настоящее время общепринятая и технически обоснованная
классификация индустриальных масел отсутствует. В
зависимости от области применения индустриальные масла
классифицируют как масла общего и специального назначения. Область
применения масел определяется по
буквенным индексам: ИГП —
индустриальные гидравлические, ИРп — ин- *
дустриальные редукторные, ИСп — 1
индустриальные для направляющих |*
скольжения и т. п. е
|
Рис. 55. Зависимость коэффициента трения от ©-
скорости скольжения по направляющим: §~
/ и // — области движения скачкообразного и плав- <
ного соответственно. Скорость
261

Ассортимент индустриальных масел велик и насчитывает
более 90 наименований. По назначению примерно 47%
составляют масла для гидравлических систем и 41% — для зубчатых и
червячных передач и тяжелонагруженных элементов
промышленного оборудования. В группу индустриальных в некоторых
случаях относят и масла для прокатных станов и приборные
масла.
Индустриальные масла общего и специального назначения.
К индустриальным маслам общего назначения относят масла
И-5А, И-8А, И-12А, И-20А, И-25А, И-ЗОА, И-40А, И-70А, И-100А,
а также масла серии ИГП — ИГП-4, ИГП-6, ИГП-8, ИГП-18
и др.
Основу указанных масел составляют в зависимости от
уровня вязкости дистиллятные, остаточные масла или их смеси.
Масла серии «И» не содержат в своем составе присадок, а масла
серии «ИГП» содержат антиокислительную, противоизносную,
противокоррозионную и противопенную присадки. Общая
характеристика индустриальных масел общего назначения с
присадками и без присадок приведена в табл. 69.
Масла И-5А и И-8А — дистиллятные масла, их используют
для смазки малонагруженных высокоскоростных механизмов,
контрольно-измерительных приборов и др.
Таблица 69. Характеристика некоторых индустриальных масел
общего назначения с присадками и без присадок
Марка
масла
Вязкость
при 50 °С,
мм2/с
Индекс
вязкости,
не менее
Кислотное
число, мг
КОН/г, не
более

Зольность,
%
%
не более
Температура, °С
вспышки
\ открытом
тигле,
не ниже

застывания,
И-5А
И-8А
И-12А
И-20А
И-25А
И-ЗОА
И-40А
И-50А
И-70А
И-100А
ИГП-4
ИГП-6
ИГП-8
ИГП-18
ИГП-30
ИГП-38
ИГП-49
ИГП-72
ИГП-91
ИГП-114
ИГП-152
ИГП-182
4—5
6—8
10—14
17—23
24—27
28—33
35—45
47—55
65—75
90—118
3,4—4,4
5,5—7,5
7,0—9,0
16,5—20,5
28—31
35—40
47—51
70—75
88—94
110—118
147—158
175—190
—
85
85
85
85
85
85
85
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,6—1,0
0,6—1,0
1,0
0,6—1,0
0,6—1,0
0,6—1,0
0,6—1,0
0,6—1,0
0,6—1,0
0,6—1,0
0,6—1,0
1,0
—
—
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
120
130
165
180
180
190
200
200
200
210
125
140
140
170
200
210
215
220
225
225
230
240
—25
—20
—30
—15
—15
—15
—15
—20
—10
—10
— 15
— 15
—8
— 15
—15
—15
—15
— 15
—15
—15
—15
—8
262

Масло И-12А — дистиллятный продукт, используемый для
смазки втулок, подшипников и других узлов ткацкого
оборудования, шпинделей металлорежущих станков и др.
Масла И-20А, И-ЗОА, И-40А и И-50А представляют собой
дистиллятные масла, употребляемые в качестве рабочих
жидкостей в гидравлических системах станочного оборудования,
автоматических линий, для смазки мало- и средненагруженных
зубчатых передач и т. п.
Масла И-25А, И-70А и И-100А являются дистиллятными
продуктами; их используют для получения присадок.
Масла ИГП-4, ИГП-6 и ИГП-8 также дистиллятные
продукты, применяют для смазки высокоскоростных механизмов.
Масла ИГП-18, ИГП-30, ИГП-38 и ИГП-49 — дистиллятные
продукты; используют в качестве рабочих жидкостей в
гидравлических системах станков, автоматических линий, для смазки
высокоскоростных коробок передач, мало- и
средненагруженных редукторов и червячных передач, вариантов, подшипников
и т. п.
Масла ИГП-72, ИГП-91 и ИГП-114 — дистиллятные и
остаточные продукты; их применяют в гидросистемах тяжелого
прессового оборудования и для смазки шестереночных передач,
средненагруженных зубчатых и червячных редукторов и др.
Масла ИГП-152 и ИГП-182 представляют собой остаточные
масла; применяют для смазки нагруженных зубчатых и
червячных передач, коробок скоростей и др. узлов.
Ввиду того что условия работы зубчатых передач
разнообразны, для их смазки помимо перечисленных выше марок
индустриальных масел используют и другие. К ним, например,
относятся масла серии ИСП, ИРп, ИТП. В состав масел серии
ИСП включают противозадирные, противоизносные и
антифрикционные присадки, серии ИТП — противозадирные,
антифрикционные и противоокислительные присадки, серии ИРп —
противозадирные, противоизносные, противоокислительные,
антифрикционные и противопенные присадки.
Для смазки горизонтальных и вертикальных направляющих
: скольжения и качения подвижных узлов рекомендуется, в
частности, использовать индустриальные масла серии ИНСп.
Наряду с индустриальными маслами общего назначения в
промышленности применяют индустриальные масла
специального назначения. Эту группу масел составляют масла с
присадками, которые предназначены для использования в узлах и
механизмах, работающих в специфических условиях. К числу таких
относятся масла, используемые для смазки цепей конвейеров
(ИЦш-20, ИЦп-40), для смазки подшипников валков каландров
масляным туманом (ИМТ-200) и др. Характеристики некоторых
из перечисленных выше сортов индустриальных масел
представлены в табл. 69.
В настоящее время рассматривается возможность
классификации индустриальных масел по назначению, по уровню кинема-
263

тической вязкости при 40°С и качеству (отсутствию и наличию
присадок и особым свойствам). С учетом этого индустриальным
маслам присвоен индекс И. Разделяют масла на 18 классов по
уровню вязкости при 40°С и на 4 класса по качеству и особым
свойствам. При индексации масел класс вязкости указывается
в виде численного значения вязкости масла при 40°С после
буквы И. Каждый класс вязкости подразделен на четыре класса
качества, которые обозначены прописными буквами — А, В, С
и Р. Класс А — это очищенные или глубокоочищенные
минеральные масла, не содержащие присадок; класс В — масла с
улучшенными антиокислительными, противокоррозионными и
защитными свойствами; класс С — масла, отличающиеся от
класса В дополнительно высокими противоизносными
свойствами; класс Р — масла, отличающиеся от класса С
дополнительно высокими противозадирными свойствами.
Особые свойства предлагается обозначать соответствующей
прописной буквой после индекса класса качества, например
Д — деэмульгируемость, Э — эмульгируемость, 3 — загущен-
ность и др. Масла с особыми свойствами относят к разряду
специальных.
В соответствии с указанной классификацией масла для лег-
конагруженных и высокоскоростных механизмов предлагается
обозначать как И10А, И22В и т. д. Масла для зубчатых и
червячных передач редукторов — И32А, И220С, И100Р и т. д.
12.2. МАСЛА РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
В данной главе рассматриваются масла различного назначения.
В общем виде свойства этих масел в той или иной степени
аналогичны свойствам масел, рассмотренных ранее. Поэтому в
этом разделе будут освещены некоторые специфические
свойства, не получившие отражения в предыдущих разделах.
12.2.1. Приборные масла
Приборные масла используют для смазки приборов и ап'пара-
тов. Их условно делят на три подгруппы: масла общего
назначения, специального назначения и часовые масла. Приборные
масла получают как на нефтяной, так и на синтетической основе.
К числу масел общего назначения относятся, в частности,
приборное МВП, телеграфное, ПАРФ-1 и др. Масло приборное
МВП является нефтяным маслом сернокислотной очистки и
предназначено для смазки контрольно-измерительных приборов.
Телеграфное масло также получают на нефтяной основе и
используют для смазки телеграфных аппаратов, а глубокоочи-
щенное нефтяное масло ПАРФ-1 — для смазки
счетно-аналитических машин.
К маслам специального назначения на синтетической основе
относятся МП-605, МП-609, МП-713, МП-714 и др. Масла
264

МП-605 и МП-609 используют для смазки
микроэлектродвигателей, а МП-713 и МП-714 — точных приборов; масло МП-714
используют также для смазки часовых механизмов. Для смазки
деталей башенных крупногабаритных часов применяют масло
ВНИИ НП-4МЛ-400 и ВНИИ НП-4МЗ-25, представляющие
собой нефтяную малосернистую основу с загущающей и
антифрикционной присадками.
12.2.2. Масла для прокатных станов
Для смазки прокатного оборудования используют масла без
присадок с вязкостью при 100°С от 11 до 40 мм2/с. Их
применение должно быть эффективным в условиях циркуляционной
системы смазки при наличии в масле заметных количеств воды.
К маслам данной подгруппы относятся П-28, ПС-28, П-40 и др.;
все они — масла нефтяного происхождения.
Масло П-28 применяют для смазки тяжелонагруженных
подшипников жидкостного трения валков прокатных станов,
компрессоров и т. д. Масло ПС-28 в отличие от масла П-28
получают из сернистых нефтей и применяют в основном для тех же
целей. Масло П-40 представляет собой более вязкое остаточное
масло; его используют для смазки редукторов тяжелых
прокатных станов и других высоконагруженных механизмов.
12.2.3. Турбинные масла
Основное назначение турбинных масел — смазывание и
охлаждение узлов различных турбоагрегатов, используемых в
технике (паровые турбины, гидротурбины, газовые турбины,
турбонасосы и др.)- К числу наиболее важных конструкционных
элементов турбоагрегатов, требующих смазки и охлаждения,
относятся подшипники. Типичными и универсальными представителями
турбоагрегатов, широко распространенными на практике,
являются паровые турбины. В них кинетическая энергия струи пара
трансформируется во вращение вала турбины. Паровые
турбины составляют основу различных паротурбинных установок,
устанавливаемых на судах.
Поскольку турбинные масла предназначены для смазки и
охлаждения трущихся деталей турбоагрегата, большое значение
приобретает выбор оптимального уровня их вязкости. Масла
должны быть достаточно вязкими для образования
гидродинамической смазки, и вместе с тем слой смазки должен быть
достаточно тонким для обеспечения условий эффективного
охлаждения.
Удовлетворение требований, предъявляемых к турбинным
маслам, возможно либо при использовании высокоочищенных
масел, либо при введении в масла функциональных присадок —
антиокислительных, противокоррозионных и др. С учетом этого
18—1354 265

Таблица 70. Основные характеристики турбинных масел с присадками
Показатели
Вязкость при 50 °С, мм2/с
Индекс вязкости, не менее
Кислотное число, мг КОН/г, не более
Зольность базового масла, %, не
более
Температура, °С
вспышки в открытом тигле, не
ниже
застывания, не выше
Коррозия на стальных стержнях
Содержание, %
фенола в базовом масле
механических примесей, не более
воды
серы в базовом масле, не более
водорастворимых кислот и щело-
чей
Прозрачность при 0 °С
Тп-22
20—23
90
0,05
0,005
186
— 15
Отсутствие
0,3
Марка масла
Тп-30
28—32
87
0,5
0,005
190
—10
Отсутствие
Отсутствие
Тп-1ь
44—48
85
0,5
0,005
195
— 10
0,01 Отсутствие
Отсутствие
0,3
Отсутствие
Прозрачно
0,3
ассортимент турбинных масел включает две группы — масла с
присадками и масла без присадок.
Турбинные масла с присадками (Тп-22, Тп-30, Тп»-46)
получают с применением селективной очистки. Эти масла
различаются по вязкости, составу и области применения и содержат
антиокислительную, противокоррозионную и противоизносную
присадки, а также деэмульгатор.
Масло Тп-22 используют для смазки Жаровых турбин и
промышленных механизмов, масло Тп-30 — для смазки
гидротурбин и промышленных механизмов, масло Тп-46 — для смазки
паротурбинных установок. Характеристика турбинных масел с
присадками приведена в табл. 70.
Турбинные масла без присадок (Т22, Т30, Т46, Т57)
вырабатывают из малосернистых безпарафинистых нефтей. Они также
различаются по вязкости и области применения.
12.2.4. Компрессорные масла
Компрессорные масла предназначены для смазки различных
узлов и деталей компрессорных машин, а также для создания уп-
лотнительной среды. В качестве смазок деталей механизма
движения можно использовать турбинные и маловязкие
индустриальные масла. Однако в компрессорах с единой системой
смазки применяют только компрессорные масла.
Напряженность работы масла в компрессоре определяется
особенностями его конструкции, характером компримируемого
агента, температурой нагнетания, степенью сжатия и т. п.
Например, с увеличением температуры нагнетания и степени
сжатия повышается и напряженность работы масла в компрессоре.
266

Требования к качеству масел, предназначенных для смазки
компрессоров, аналогичны требованиям, предъявляемым к
качеству моторных масел.
Для смазки компрессоров используют нефтяные масла
(Кп-8, К-12, К-19, КС-19, К-28), различающиеся по вязкости и
области применения. Масло Кп-8 содержит антиокислительную
и противокоррозионную присадки, масло К-12 — депрессорную;
остальные масла присадок не содержат.
Масло Кп-8 используют для смазки разных
турбокомпрессоров и поршневых компрессорных машин, масло К-12 — для
смазки одноступенчатых и многоступенчатых компрессоров
низкого и среднего давления. Масла К-19 и КС-19 предназначены
для смазки одноступенчатого и многоступенчатых компрессоров
среднего и высокого давления, а масло К-28 — для смазки
многоступенчатых компрессоров высокого давления.
В связи с непрерывным расширением номенклатуры
выпускаемых компрессоров, отличающихся конструктивными особен-
. ностями, и для облегчения подбора для них смазочных масел
предложена классификация компрессорных масел. Она
предусматривает деление масел на 4 группы то уровню
эксплуатационных свойств и ряд классов по вязкости при 100°С.
12.2.5. Масла для холодильных машин
На холодильных машинах установлены преимущественно
поршневые, винтовые и ротационные пластинчатые холодильные
компрессоры. При работе компрессоров не исключена вероятность
контакта смазочного масла с хладагентом. В качестве
хладагентов используют аммиак, диоксид углерода, галогенопроизвод-
ные (фреоны) и др.
Аммиак и диоксид углерода инертны к нефтяному маслу.
При использовании в качестве хладагентов таких соединений,
как диоксид серы, фреоны и др., повышается вероятность
химического взаимодействия между хладагентом и маслом.
Реакционная способность и взаимная растворимость компонентов
.возрастают с повышением температуры.
Учитывая возможность контакта смазочного материала с
хладагентом, а также природу последнего, к качеству масел для
холодильных машин, помимо общих требований, предъявляют
и дополнительные требования. Это — стабильность в смеси с
хладагентами, температура помутнения масел в контакте с
хладагентом'и растворимость масла в хладагенте.
Определяют стабильность масла в стеклянной трубке,
заполненной маслом с хладагентом в присутствии катализаторов
(стали или меди). Система считается стабильной, если в
течение определенного времени при заданной температуре не
происходит осмоления масла и стальная пластина не покрывается
слоем осажденной меди. Помутнение масел происходит в том
18* 267

случае, если фреоиы избирательно растворяют жидкие
компоненты, при этом твердые парафины выпадают в осадок.
Температура, при которой начинается кристаллизация парафинов,
называется температурой помутнения. Для смеси масел с
хладагентами она выше, чем для чистых масел.
Образование нерастворимых продуктов — явление
нежелательное, поскольку они могут отлагаться в различных системах
холодильной машины и нарушать ее работу. Для
предотвращения возможного образования отложений минеральные масла
подвергают депарафинизации.
Одно из основных противоречий при подборе масла для
компрессорной холодильной машины заключается в том, что
лучшие условия смазки и уплотнения компрессоров достигаются
при использовании масел с низкой растворимостью, в то время
как нормальная циркуляция масла в системе обеспечивается
при хорошей взаимной растворимости. Исходя из этого,
необходимо добиваться оптимальной растворимости масл'а в
хладагенте с учетом условий работы холодильной машины.
Для смазки компрессоров холодильных машин, работающих
на аммиаке и диоксиде углерода, используются нефтяные масла
ХА (фригус), ХА-23, ХА-30. Для смазки компрессоров
холодильных машин, работающих на фреонах, применяют как
нефтяные (ХФ-12-16, ХФ-22-24), так и синтетические (ХФ-22с-16,
ВНИИ НП ХС-40) масла. В эти масла вводят присадки
различного назначения.
В зависимости от условий применения масла для
компрессоров холодильных машин условно подразделяют на два
класса: класс А — масла для аммиачных холодильных машин и
класс Б — масла для машин, работающих на галогенопроиз-
водных углеводородах. В свою очередь, в зависимости от
температурных условий работы и типа применяемых фреонов
масла, относящиеся к классу Б, подразделяют на 4 группы.
12.2.6. Цилиндровые масла
Нагретые (горячие) части различных паровых машин должны
быть смазаны маслом. Для смазки горячих деталей паровых
молотов, судовых и стационарных агрегатов и других
элементов используют цилиндровые масла.
Специфика использования цилиндровых масел заключается в
следующем: масло должно хорошо распыливаться, равномерно
распределяться по пшощадям трения и обеспечивать
эффективную работу в контакте с паром. Различают две основные
группы цилиндровых масел: для машин, работающих с
использованием насыщенного пара, и машин, работающих с
использованием перегретого пара.
Все цилиндровые масла — это масла нефтяного
происхождения. Важным эксплуатационным свойством масел,
работающих в контакте с насыщенным паром, является стойкость про-
268

тив смывания их конденсатом или влажным паром.
Повышенная эмульгируемость масла является недостатком, так как
эмульгированное масло, попадая в паровые котлы, вызывает
деформацию их стенок. Для указанных целей используют
масла цилиндровое 11 и более вязкое цилиндровое 24.
Масла для машин, работающих с использованием
перегретого пара, эксплуатируются в более жестких условиях как
температурных, так и нагрузочных. В частности, эти масла должны
обладать более высокой вязкостью и температурой вспышки,
косвенно характеризующей испаряемость масла. Для этих
целей вырабатывают масла цилиндровое 38 и цилиндровое 52.
Наряду с перечисленными в технике получили
распространение вакуумные масла. Их используют в качестве рабочих
жидкостей в вакуумных насосах. Эти масла характеризуются
высокой степенью очистки и отличаются узким фракционным
составом и низкой испаряемостью. Для различных условий работы
промышленность вырабатывает вакуумные масла разной
вязкости и давления насыщенных паров (ВМ-1, ВМ-3, ВМ-4, ВМ-5
и ВМ-6).
Кроме того, в технике используют масла, выполняющие роль
изолятора в электрооборудовании, например трансформаторные,
конденсаторные, кабельные.
ГЛАВА 13
РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ
В ТЕХНИКЕ
13.1. СМАЗОЧНОЕ МАСЛО —ЭЛЕМЕНТ КОНСТРУКЦИИ
СМАЗЫВАЕМОГО ОБЪЕКТА
Между качеством смазочного материала и условиями
работы смазываемого объекта, как показывает практика
эксплуатации, существует тесная связь. С одной стороны, правильно
подобранное смазочное масло обеспечивает надежную и
безотказную работу соответствующего узла и агрегата, а с другой, —
аномальные отклонения в работе объекта, например перегрузки,
поломки и т. п., могут приводить к необратимым изменениям,
происходящим в масле, и резкому ухудшению его качества.
В последнее время рекомендуется рассматривать
смазочный материал как элемент конструкции того объекта, для
смазки которого его используют. Причем это следует учитывать на
стадии конструктивных разработок. В одном случае для
обеспечения нормальной и безотказной работы машины или
механизма целесообразно повышать требования в качеству масла, в
другом — рациональнее вводить определенные изменения в кон-
269

струкдию объекта. При этом необходимо выбирать такой путь,
который в первую очередь оправдан экономически.
Роль смазочных масел велика не только в процессе
эксплуатации машин и механизмов, но также и при производстве
последних. Так, внедрение на дизелестроительных заводах
обкаточного масла ОМ-2 в сочетании с приработочной присадкой к
топливу (типа АЛП) позволило за короткий срок заводской
обкатки полностью завершить приработку деталей цилиндро-порш-
невой группы, снизить в 2—3 раза расход масла на угар и
прорыв газов в картер, а также уменьшить расход топлива до
уровня полностью обкатанного дизеля.
Ускоренная обработка дает значительный экономический
эффект и не оказывает отрицательного влияния на надежность
работы двигателей в условиях эксплуатации.
В настоящее время большое внимание уделяется
экономному использованию смазочных материалов в технике, в том
числе снижению их расхода. В общем случае уменьшение расхода
масла определяется тремя факторами: снижением угара,
уменьшением емкости масляной системы и увеличением сроков
смены масел.
Утечки зависят от качества уплотнительных материалов, их
совместимости с маслами, а также условий эксплуатации. Угар
же масла прежде всего зависит от конструкции двигателя и
режима его работы. Вместе с тем заметное влияние на угар
оказывает и качество масла (его фракционный состав и др.).
Выбирая масло с учетом температурных особенностей режима
работы объекта, можно в известных пределах сократить расход
масла на угар.
Уменьшение емкости системы смазки с целью снижения
расхода масла не всегда оправдано, а в ряде случаев и
невозможно по конструктивным соображениям. Кроме того, при
уменьшении количества масла в масляной системе происходит резкое
ухудшение его качества вследствие увеличения кратности
циркуляции. Снижение расхода масла возможно также за счет
увеличения сроков его смены.
13.2. ИЗМЕНЕНИЕ КАЧЕСТВА МАСЕЛ В ПРОЦЕССЕ РАБОТЫ
При работе масла в машине или механизме оно «стареет»,
т. е. постепенно качество его ухудшается. Это происходит
вследствие уменьшения содержания (срабатывания)
функциональных присадок, изменения вязкости, накопления в масле
продуктов окисления и износа, механических примесей, воды и пр.
Под срабатыванием (или срабатываемостью) присадок в
более широком смысле понимают потерю их функциональных
свойств, что возможно в результате термического разложения
присадок, адсорбции их на металлических поверхностях
различных деталей, на масляных фильтрах и т. д. Например,
срабатывание антиокислительных присадок наблюдается при их
270

взаимодействии с продуктами окисления, в частности с
радикалами, образующимися на ранней стадии процесса окисления.
Срабатывание зольных моющих присадок происходит также за
счет их взаимодействия с продуктами кислотного характера и
нейтрализации последних. Противоизносиые присадки
срабатываются по мере образования на поверхности металлов
химически модифицированных слоев. Высокие рабочие температуры
масла интенсифицируют процесс срабатывания присадок по
разным направлениям и содержание их в масле снижается.
Уменьшение концентрации присадок отмечается не только
при работе, но и при хранении масла вследствие их выпадения
из объема масла в осадок (физическая или коллоидная
нестабильность). Выпадение осадка инициируется наличием воды в
масле и гидролизом присадок. Широко известные противоиз-
носные присадки — дитиофосфаты цинка в процессе гидролиза
разлагаются на органические кислоты и гидрооксид цинка,
который и выпадает в осадок. С уменьшением содержания
присадок смазочное масло не способно проявлять заданные свойства.
Наряду со срабатыванием присадок в процессе работы
масла наблюдается изменение его вязкости. Это объясняется
разными причинами и по-разному отражается на величине
вязкости. Окисление масла, например, приводит к повышению его
вязкости вследствие образования высокомолекулярных
продуктов. Повышению вязкости масла способствует испарение из
него легких фракций. С другой стороны, разбавление масла
топливом (в двигателе внутреннего сгорания) и деструкция
загущающих присадок, содержащихся в масле, наоборот
приводит к уменьшению вязкости последнего.
Интенсивность изменения вязкости масла зависит от его
химического состава, режима работы объекта и особенностей
эксплуатации. Как правило, с изменением вязкости масла в
процессе работы ухудшаются и его вязкостно-температурные
свойства. Наряду с этим в процессе работы происходит
накопление в масле механических примесей, продуктов износа,
увеличение кислотности и т. п.
«Старение» масла приводит к необходимости его замены.
В настоящее время установилось не совсем правильное мнение,
что частая смена масла способствует лучшему
функционированию смазочного материала. Частая смена масла может
приводить и к отрицательным последствиям, например повышенному
износу трущихся деталей. Кроме того, увеличение сроков
смены масел — это реальный путь экономии нефтяных ресурсов.
Так, увеличение длительности бессменной работы
синтетического масла в реактивном двигателе со 100 до 500 ч позволило
на 30—35% уменьшить потребность авиационной техники в
этом масле и получить ежегодный экономический эффект,
исчисляемый сотнями тысяч рублей. Широкое внедрение в
народное хозяйство долгоработающего моторного масла М-6-3/10В
с повышенным сроком смены по предварительным расчетам
271

экономит несколько миллионов рублей в год. С учетом
необходимости рационального подхода к расходу масел и обеспечения
надежности работы смазываемых ими машин и механизмов
следует разумно подходить к установлению сроков его смены.
Анализ мировой практики использования смазочных масел
свидетельствует о том, что в последние годы срок смены масла
увеличивается. Этому способствует, с одной стороны,
повышение качества выпускаемых смазочных масел, а с другой —
совершенствование систем смазки и конструкции смазываемых
узлов и деталей. Например, за последние 5—10 лет срок смены
масел в карбюраторных двигателях возрос в 1,5—2 раза, а в
дизелях в 2—4 раза. Вместо 120 ч масло в дизелях меняется
через 240, в отдельных моделях даже через 480 ч работы. В
паротурбинных установках за относительно небольшой
промежуток времени периодичность смены доведена до 16 000 ч.
В то же время резервы в увеличении сроков смены масел
не исчерпаны. Имеется как организационная, так и техническая
возможность дальнейшего повышения ресурса работы масла в
двигателях, машинах и механизмах. В организационном плане
это определяется тем, что во многих случаях в автотракторных,
авиационных, судовых двигателях, агрегатах трансмиссии и
другом оборудовании существующие сроки смены недостаточно
обоснованы. В результате из механизмов и машин сливают
смазочное масло, еще имеющее большой запас качества, хотя
и выработавшее по нормативной документации установленный
ресурс. Сроки смены масла в подавляющем большинстве
случаев не увязаны с ресурсами работы механизмов. Например,
в некоторых двигателях масло меняют из-за выработки
двигателем установленных ресурсов, несмотря на то, что в данный
момент перезаправляемое масло может иметь малую степень
наработки.
Технический путь продления сроков службы масла связан
с установлением предельной длительности работы масла без
смены его в машине или механизме по фактическому качеству,
т. е. фактическим показателям. Поскольку число определяемых
показателей у масла может быть большим, что, безусловно,
затрудняет контроль качества масла в процессе работы,
выбирают по возможности интегральные показатели. Эти
показатели не являются однозначными и меняются в зависимости от
назначения масла и условий его работы. Так, на основании
многолетнего опыта эксплуатации тронковых дизелей
рекомендуется использовать следующие (браковочные) параметры для
судовых масел групп В2 и Гг:
Содержание воды До 0,5%
Содержание топлива До 3%
Содержание примесей, нерастворимых в бензине 4—5%
Щелочное число >1 мг КОН/г
Приведенные нормы следует, однако, дифференцировать по
типам дизелей, сортам масел и условиям эксплуатации. Счи-
272

тается, что процесс старения масла в системе смазки
турбореактивных двигателей может быть охарактеризован увеличением
вязкости масла и ухудшением его термоокислительной
стабильности. Анализируя по указанным показателям предел
работоспособности авиационного масла ИПМ-10 в теплонапряженном
реактивном двигателе, было показано, что ресурсы работы
масла можно увеличить вдвое — с 200 ч до 400 ч.
Турбинное масло можно применять в паротурбинных
установках, если его кислотное число не превышает 1,2 мг КОН/г,
а вязкость — 60 мм2/с при 50 °С. Эти предельные значения не
достигаются даже за 100 000 ч работы масла, что создает
предпосылки для увеличения сроков смены турбинных масел
с 16 000 ч, как это регламентируется действующей технической
документацией, по крайней мере до 100 000 ч.
Одним из основных интегральных показателей для
трансмиссионного масла может служить повышение вязкости до 50%
по сравнению с вязкостью исходного (свежего) масла. В ряде
случаев трансмиссионные масла можно использовать без смены
на весь ресурс работы объекта. В зависимости от специфики
эксплуатации и назначения масла число интегральных или
браковочных показателей может меняться. В частности, такими
показателями могут служить степень разбавления масла
топливом, содержание в масле механических примесей
(эксплуатация в запыленной атмосфере), продуктов износа и т. д.
Система браковочных показателей еще требует
совершенствования. Вместе с тем такой подход — один из наиболее
рациональных при повышении эффективности использования
смазочных масел в технике.
Дальнейшее увеличение сроков смены масел, особенно
моторных и трансмиссионных, должно идти за счет исключения
сезонной смены и использования всесезонных сортов. Большие
резервы заложены также во внедрении в эксплуатацию более
качественных сортов масел по сравнению с существующими.
Например, если лучшие образцы автотракторных моторных
масел, полученных на минеральной основе, имеют срок смены
в среднем 9000—18 000 км пробега, то использование
синтетических масел позволит увеличить его до 20 000—25 000 км
пробега, а в ряде случаев и более — до 40 000—80 000 км.
Следует отметить, что увеличение срока смены масла дает
дополнительный экономический эффект за счет сокращения
затрат на техническое обслуживание машины или механизма.
В ряде случаев, где это возможно, увеличение сроков смены
целесообразно проводить с одновременными конструктивными
изменениями в системе смазки. В частности, для уменьшения
срабатывания присадок используют систему их дозированного
ввода в масло, например микрокапсулирование, когда
присадка помещается в специальную капсулу с полупроницаемой
оболочкой и постепенно вводится в объем масла.
273

13.3. ПУТИ ЭФФЕКТИВНОГО И ЭКОНОМНОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАСЕЛ
Расход масла. Снижение расхода масла, как уже отмечалось
выше, имеет большое значение не только с технической, но и с
экономической точки зрения. Регулировать расход масла за
счет изменения срока смены и конструкции систем смазки
принципиально можно для масел любого назначения. В то же
время снижение расхода масла путем уменьшения угара или
испарения может быть реализовано только для масел,
работающих в экстремальных температурных условиях и имеющих
свободную поверхность испарения. К таким в первую очередь
относятся масла для двигателей внутреннего сгорания.
В настоящее время снижению расхода масел и в том числе
на угар уделяется большое внимание. Так, в карбюраторных
двигателях старых моделей расход масла на угар составлял
2,5—2,8% (к расходу топлива), а в дизелях — 3,0—3,5%.
В двигателях современной конструкции он соответственно равен
0,4—1,2 и 1,6—1,8%. В быстроходных судовых дизелях расход
масла на угар снижен с 5—16 до 2,04—4,08 г/кВТ. На
снижение расхода масла при прочих равных условиях влияет
фракционный состав масла (рис. 56).
В последнее время большое внимание уделяется также
проблеме снижения расхода топлива в технике за счет улучшения
антифрикционных свойств моторных и трансмиссионных масел.
Считается, что правильный подбор масел позволит с учетом
конструкции двигателя и условий эксплуатации техники достичь
заметной экономии топлива (табл. 71).
Унификация смазочных масел. В настоящее время в
народном хозяйстве используется большой ассортимент масел
различного назначения и значительно отличающихся по качеству.
В том числе применяют и устаревшие сорта масел, не
отвечающие современным требованиям развития техники. Это приводит
к затруднениям в хранении, транспортировании и обеспечении
смазочными материалами разных потребителей. Одновременно
усложняется эксплуатация техники, увеличиваются трудовые
и материальные затраты, а также время на техническое обслу-
Вязкость Температура отгона
Рис. 56. Зависимость расхода масла от физико-химических показателей.
274

Таблица 71. Максимально возможная экономия топлива (в %)
при рациональном использовании смазочных масел
Механизм, машина
Карбюраторные
двигатели
Дизельные двигатели
Трансмиссии
Короткие
холодный
запуск
7,5
5,8
1,4—6,3
пробеги
движение
по городу
6,0
4,8
1,3—4,9
Средние
пробеги
2,2
2,5
1,2—4,1
Длинные
пробеги
1,8
3,0
0,9—2,9
живание техники и ее ремонт. Такое состояние в масштабе
страны приводит к значительным убыткам.
Одним из эффективных направлений решения проблемы
является унификация масел. Она выражается в сокращении
ассортимента смазочных масел за счет исключения из него в
первую очередь устаревших и малоэффективных сортов, а
также сортов, не обеспеченных сырьевой базой. Одновременно
расширяется область применения унифицированных сортов.
Например, ассортимент масел и маслосмесей для газотурбинных
двигателей насчитывает в настоящее время более 20 сортов.
Необходимость их унификации на базе лучших и
перспективных сортов совершенно очевидна.
Обобщение опыта эксплуатации показывает возможность
унификации масел для авиационных турбореактивных
двигателей на базе минерального масла МС-8п (температурный
диапазон применения до 150 °С) и синтетического масла ИПМ-10
(температурный диапазон применения до 200 °С). Для
турбовинтовых двигателей унифицированным сортом может служить
масло МН-7,5у.
Применительно к автотракторной технике унификация масел
возможна на базе использования универсальных всесезонных
моторных масел. При этом исключается сезонность смены
масел, а также необходимость иметь отдельные сорта масел для
смазки карбюраторных двигателей и дизелей. Таким
унифицированным маслом для поршневых двигателей внутреннего
сгорания является универсальное всесезонное масло М-63/10В. Оно
заменяет более десяти сортов масел сезонного применения —
М-8Б1, M-8B1, М-8В2, М-ЮВ2 и др. В ряде случаев масло
М-6з/10В может даже с успехом использоваться вместо масел
группы Г2.
Унифицированными сортами масел для судовых дизелей
считаются такие масла, как М-10Г2ЦС, М-14Г2ЦС и др.
Унификация трансмиссионных масел возможна на базе
универсального всесезонного рабоче-консервационного масла ТМ-5-12РК.
Использование рабоче-консервационных масел дает
дополнительный экономический эффект за счет исключения таких
операций, как консервация, переконсервация и расконсервация.
275

Таблица 72. Сравнительная эффективность применения масел
различного назначения для внутренней консервации
и расконсервации двигателей внутреннего сгорания*
Показатели
Группа масла
рабочее
консерва-
ционное
рабоче-кон-
сервацион-
ное
Число операций за 10 лет**
Общий расход защитного
нефтепродукта, кг
Трудовые затраты на одну операцию,
человеко-час
на консервацию
по расконсервации
Прочие затраты — энергия,
растворители, пленка, вспомогательные
материалы и др., %
Относительная стоимость
консервации и расконсервации, %
15—40
300—400
1-2
0,5
100
100
1—2
10—20
2—3
1—2
30
40
1—2
10—20
1—2
0,5
20
15
* 10 лет хранения на открытой площадке под навесом.
** Консервация, переконсервация в ходе хранения и расконсервация; для рабоче-кон-
сервационных масел этих операций не требуется.
На рабоче-консервационном масле можно одновременно
осуществлять и эксплуатацию, и длительное хранение техники
(табл. 72).
Унификация возможна и среди смазочных масел другого
назначения. В целом унификация создает благоприятные
возможности для экономного и рационального использования
смазочных масел в технике без снижения надежности работы
последней.
Регенерация масел. В процессе работы машин и
механизмов смазочные масла сливают при замене как отработанные.
Они являются значительным источником загрязнения
окружающей среды. Сбросы их в землю и водоемы, а также
загрязнение ими окружающей среды превышает потери нефтепродуктов
при добыче, перевозке и переработке нефти. В то же время
ресурсы отработанных масел оцениваются в 50% и более от
потребления свежих масел.
В последние годы, учитывая необходимость экономии
энергетических ресурсов (в первую очередь, нефтяных), большое
внимание уделяют рациональному использованию отработанных
масел. Отработанные масла — это уникальное сырье для
повторной переработки. Выход масла из такого сырья составляет
80% и более, в то время как из нефти — в лучшем случае 10—
15%. Использование отработанных масел может
осуществляться по следующим основным направлениям:
1) регенерация отработанных масел с последующим
добавлением в полученную таким образом основу присадок
различного функционального назначения;
276

2) смешение основы после регенерации с основой,
полученной по обычной технологии;
3) добавление отработанных масел в сырую нефть и после-
, дующее производство масел по полной технологической схеме.
Регенерация представляется одним из наиболее
эффективных и экономичных путей использования отработанных масел.
у Схема процесса регенерации обычно включает следующие
стадии: удаление воды и шлама, контактирование масла с
отбеливающей глиной (или сернокислотная очистка), отгон от
масла топливных фракций (в случае необходимости) и воды,
отделение глины и загрязнений (фильтрование,
центрифугирование), адсорбционную очистку.
Методы, используемые при регенерации, можно разделить
на физические, физико-химические и химические. Регенерация
в ряде случаев может осуществляться непосредственно в
системе смазки (отстаивание, сепарация, фильтрование и т. п.)
или на специальных установках. Самой распространенной и
эффективной, однако, является регенерация на специальных
установках — стационарных и подвижных.
В технологической схеме подвижных установок, как
правило, предусматривается отстой от воды и крупных частиц
загрязнений, обработка масла коагулянтами, контактирование с
отбеливающей глиной, отделение от масла паров воды и
горючего, фильтрование. К недостаткам этих установок следует
отнести сравнительно низкое качество получаемой основы, ее
небольшой выход и значительные отходы.
В отличие от регенерации на подвижных установках в
стационарных установках можно использовать такие современные
технологические процессы, как вакуумная перегонка,
гидроочистка и др. Их применение существенно повышает качество
получаемых после регенерации масел. Эффективность
регенерации определяется получением регенерированных продуктов,
которые по уровню эксплуатационных свойств либо не
отличаются, либо отличаются незначительно от соответствующих
масел, полученных по обычной технологии. Наиболее трудно
подвергаются регенерации, даже в стационарных условиях,
моторные масла и особенно загущенные.
Необходимо систематически совершенствовать процессы
регенерации с целью обеспечения возможности более
качественного восстановления масел. Работы по совершенствованию
процессов регенерации ведутся непрерывно. Введение их в
производство позволит повысить эффективность регенерации и даст
большой экономический эффект.
Рассмотренные выше положения относятся к нефтяным
продуктам, не содержащим в своем составе синтетических добавок.
Поэтому в перспективе особую важность, прежде всего с
экономической точки зрения, приобретают исследования по
регенерации синтетических смазочных масел.
277

Раздел III
ХИММОТОЛОГИЯ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК
И ТЕХНИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
ГЛАВА 14
ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК
Пластичные смазки* — распространенный вид смазочных
материалов, представляющих собою высококонцентрированные тик-
сотропные дисперсии твердых загустителей в жидкой среде.
Как правило, смазки — это трехкомпонентные коллоидные
системы, содержащие дисперсионную среду — жидкую основу
(70—90%), дисперсную фазу — загуститель (10—15%),
модификаторы структуры и добавки—присадки, наполнители (1—
15%). В качестве дисперсионной среды смазок используют
масла нефтяного и синтетического происхождения, реже их смеси.
К синтетическим маслам относятся кремнийорганические
жидкости— полисилоксаны, сложные эфиры, полигликоли, фтор- и
хлорорганические жидкости. Их применяют преимущественно
для приготовления смазок, которые используют в
высокоскоростных подшипниках, работающих в широких диапазонах
температур и контактных нагрузок. Для более эффективного
использования смазок и регулирования их эксплуатационных
свойств, например низкотемпературных, смазочной способности,
защитных свойств, применяют смеси синтетических и нефтяных
масел.
Загустителями служат соли высокомолекулярных жирных
кислот — мыла, твердые углеводороды — церезины, петролату-
мы и некоторые продукты неорганического (бентонит, силика-
гель) или органического (пигменты, кристаллические полимеры,
производные карбамида) происхождения. Наиболее
распространенные загустители — мыла и твердые углеводороды.
Концентрация мыльного и неорганического загустителя обычно не
превышает 15%, а концентрация твердых углеводородов
доходит до 25%. Для регулирования структуры и улучшения
функциональных свойств в смазки вводят добавки.
Создание производства отечественных смазок относится к
началу XX века. Первую промышленную смазку — колесную
мазь готовили из нефтяных остатков загущением кальциевыми
мылами смоляных кислот. С развитием техники появились
механизмы, работающие в сложных условиях, при которых
качество жидких масел уже не удовлетворяло требованиям,
предъявляемым к ним. Начавшиеся в конце 30-х годов всесторонние
* Часто в литературе пластичные смазки для краткости называют просто
«смазками».
278

исследования пластических смазок выявили их достоинства и
послужили основой научного производства и применения
смазок.
Первыми исследователями и пропагандистами научного
подхода к разработке и применению смазок в СССР были Д. С. Ве-
ликовский и В. П. Варенцов. Важное значение для понимания
коллоидной природы смазок имели фундаментальные работы
П. А. Ребиндера и его сотрудников, исследования М. П. Вола-
ровича и А. А. Трапезникова. Современные представления о
структуре и свойствах смазок неразрывно связаны с
исследованиями Г. В. Виноградова, его учеников и последователей —
Ю. Ф. Дейнеги, К. И. Климова, В. П. Павлова, В. В. Синицына
и других. За последние 15 лет большой вклад в развитие
отечественного производства и применения смазок общего
назначения внесен работами сотрудников ВНИИПКнефтехим,
выполняемыми под руководством Ю. Л. Ищука.
• Мировое производство смазок составляет около 1 млн. т в
год, т. е. приблизительно 4% выработки нефтяных масел.
Однако, несмотря на сравнительно небольшие объемы
производства смазок, по разнообразию объектов применения они
превосходят жидкие смазочные материалы.
По сравнению с маслами смазки обладают следующими
достоинствами:
1) малый удельный расход (иногда в сотни раз меньший);
2) более простая конструкция машин и механизмов (что
снижает массу, повышает надежность и ресурс работы);
3) более продолжительный период «межсмазочных» стадий;
4) значительно меньшие эксплуатационные затраты при
обслуживании техники.
Важно отметить, что при применении высококачественных
смазок затраты, увеличивающие себестоимость изделий,
целиком перекрываются экономическим эффектом, возникающим
при смазочных операциях в сфере потребления. Затраты на
смазки в себестоимости, например, автомобиля составляют
сотые доли процента, а экономия от эксплуатационных расходов
при использовании высококачественных смазок исчисляется
процентами.
14.1. СОСТАВ И КОЛЛОИДНАЯ СТРУКТУРА СМАЗОК
Как было отмечено выше, смазки представляют собой
коллоидные системы, характеризующиеся высокой концентрацией
дисперсной фазы.
Коллоидная структура смазок (размеры и форма
дисперсных частиц) изучается при помощи электронного микроскопа,
позволяющего получать увеличение в 50—100 тысяч раз при
разрешающей способности до 0,4 нм. Первые исследования
смазок с использованием электронной микроскопии проведены
в СССР в середине 50-х годов Г. В. Виноградовым и В. В. Си-
279

ницыным. Установлено, что дисперсная фаза большинства
мыльных смазок образована частицами анизометричной формы,
лентовидными или игольчатыми волокнами, один из размеров
которых менее 1 мкм.
Несмотря на многообразие форм и размеров частиц
загустителя, образующихся при охлаждении смеси компонентов,
общим для них является способ формирования структурного
каркаса. В процессе охлаждения коллоидного (мыльные
смазки) или истинного (углеводородные смазки) раствора
диспергированный в масле загуститель начинает формировать
кристаллическую структуру с одновременным ростом кристаллов,
или волокон, и связыванием их друг с другом. В обычных
коллоидных системах, в которых содержание твердой фазы
невелико, частицы при столкновении слипаются, т. е. коагулируют,
и выпадают в осадок. Высокая концентрация дисперсной фазы
в смазках препятствует коагуляции частиц, и они образуют в
объеме дисперсионной среды пространственный структурный
каркас. Чем больше анизометричность частиц загустителя, т. е.
чем больше соотношение площади и объема, тем, как правило,
выше прочность структуры смазки.
Высокая степень структурирования дисперсной фазы
придает смазкам пластичность, упругость и ряд других свойств,
благодаря которым они существенно отличаются от жидких
смазочных материалов. В отсутствие или при минимальных
нагрузках смазки ведут себя подобно твердым телам: они не
растекаются под действием собственной массы, удерживаются
на вертикальных поверхностях и не сбрасываются
инерционными силами с движущихся деталей. Однако уже при
сравнительно малых нагрузках, превышающих предел прочности
структурного каркаса, смазки разрушаются и начинают
деформироваться — течь как пластичное тело без нарушения сплошности.
Особенностью смазок является восстановление разрушенного
структурного каркаса; так, при снятии нагрузки течение
прекращается и смазка вновь приобретает свойства твердого тела.
Легкость переходов смазок из пластичного в вязкотекучее
состояние и обратно, так называемые тиксотропные превращения,
также обеспечивают преимущества применения смазок перед
жидкими смазочными материалами.
Специфика состояния и определила название и назначение
пластических смазок — высокоструктурированные тиксотропные
дисперсии твердых загустителей в жидкой среде, выполняющие
функции смазочных, консервационных и уплотнительных
материалов.
Определяющее влияние на структуру и свойства смазок
оказывают загустители, частицы которых формируют
структурный каркас смазки. Среди органических загустителей
наибольшее распространение при производстве смазок получили
мыла— 80% общего объема производства смазок приходится на
мыльные. Важную роль для получения смазки играет тип ис-
280

пользуемого мыла, в частности валентность и свойства катиона,
состав и строение аниона. При прочих равных условиях
наиболее длинные волокна характерны для натриевых смазок (до
80 мкм), короткие — для литиевых (2—5 мкм) и кальциевых
(1—3 мкм) смазок. Дисперсная фаза алюминиевых смазок
образована мелкими аморфными сферическими частицами (не
более 0,1 мкм). При производстве смазок используют обычно
мыла с линейным строением углеводородного радикала,
поскольку именно такие мыла способны образовывать вытянутые
волокна, формирующие прочный пространственный каркас
смазки.
Структура и свойства смазок во многом определяются
дисперсионной средой, под воздействием которой могут
происходить изменения размеров частиц и их ориентация друг
относительно друга (сольватация, солюбилизация, адсорбция).
Отсюда и сильное влияние природы и химического состава масла,
а именно полярности и степени ассоциирования молекул на
свойства смазок. До 60% дисперсионной среды может быть
довольно прочно связано со структурным каркасом смазки,
остальная же часть механически удерживается в ячейках
каркаса. Заметное увеличение размеров волокон мыльных смазок
наблюдается с ростом содержания ароматических
углеводородов в нефтяных дисперсионных средах.
В зависимости от рецептуры и технологии приготовления,
и прежде всего от температуры нагревания и скорости
охлаждения, смазки сильно различаются стабильностью структуры и
свойствами. Нежелательное уплотнение или разупрочнение
смазок при хранении или применении, вызываемое разными
внешними воздействиями (механическим, термическим, влаги,
кислорода и т. п.), свидетельствует о недостаточной стабильности их
коллоидной структуры.
Значительное влияние на формирование структуры смазок
оказывают органические полярные соединения — присадки и
модификаторы структуры. Причины присутствия модификаторов
Структуры в смазках различны: 1) вносятся дисперсионной
средой, как, например, смолы, нефтяные кислоты; 2) образуют-
гся в смазках при их изготовлении, так называемые
технологические ПАВ (это — продукты окисления дисперсионной среды,
избыток жирового сырья и продукты его превращений); 3)
накапливаются при хранении и применении смазок —
кислородсодержащие соединения. Вот почему смазки всегда являются
трехкомпонентными системами и роль поверхностно-активных
веществ в формировании структуры, несмотря на их малые
концентрации, чрезвычайно велика. В значительно меньшей
степени на формирование структуры — на построение мицелл и
надмицеллярных образований — влияют наполнители.
Наполнители— твердые высокодисперсные частицы, как правило,
неорганических продуктов; они не растворяются в смазках и не
обладают заметным загущающим действием.
19—1354 281

14.2. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СМАЗОК
В зависимости от назначения пластичные смазки выполняют
следующие основные функции:
уменьшают силы трения между перемещающимися друг
относительно друга поверхностями;
снижают износ и предотвращают задир (заедание)
трущихся поверхностей;
защищают металлы от коррозионного воздействия
окружающей среды;
уплотняют зазоры между сопряженными деталями.
Кроме этих, основных функций, смазки выполняют роль
электроизоляционных материалов, защищают детали узлов
трения от ударных нагрузок, снижают вибрации и шум.
Практически невозможно получить смазки, хорошо выполняющие
все указанные функции одновременно. В этом, как правило,
и нет необходимости, поскольку различия в условиях
применения смазок выдвигают на первый план одну или две наиболее
важные функции, обеспечивающие надежную работу
смазочного материала, и предъявляют менее жесткие требования к
остальным.
Независимо от условий применения и назначения смазок
следует назвать основные требования, которым смазки должны
удовлетворять:
1) надежно выполнять свои функции в широком диапазоне
температур, удельных нагрузок и скоростей перемещения
трущихся поверхностей;
2) в минимальной степени изменять свои свойства в
условиях эксплуатации;
3) оказывать наименьшее воздействие на контактирующие
с ними материалы;
4) максимально полно удовлетворять правилам техники
безопасности и не оказывать вредного воздействия на
окружающую среду (т. е. иметь хорошие экологические свойства);
5) быть обеспеченными постоянной сырьевой базой, иметь
невысокую стоимость и быть экономичными в эксплуатации.
Работа смазочного материала в узле трения зависит не
только от условий эксплуатации самой смазки (температуры,
нагрузки, скорости перемещения, состава окружающей среды
и т. п.), но и от характера работы механизма или машины,
например, постоянных или переменных внешних воздействий,
остановки и т. п. Эффективная работа смазочного материала
определяется, во-первых, конструктивными особенностями узла
трения (типом, размером, характером движения трущихся
поверхностей и т. п.), и, во-вторых, — системой смазки и видом
материала, с которым смазка контактирует в процессе работы,
а также условиями эксплуатации узла трения и сроками смены
смазочного материала. Поэтому к смазкам предъявляют и
некоторые частные требования, обусловленные спецификой их
282

назначения и особенностями условий применения. Это —
хорошие диэлектрические и оптические свойства, высокая
водостойкость.
Многообразие свойств пластичных смазок позволяет
применять их для различных целей в разнообразных условиях
эксплуатации машин и механизмов. По назначению смазки
подразделяют на:
1) антифрикционные — для снижения трения и износа
деталей машин и механизмов, в свою очередь они могут быть
подразделены на антифрикционные общего назначения и
антифрикционные технологические (для облегчения
технологических процессов обработки металлов давлением);
2) консервационные — для предохранения металлических
изделий от коррозии;
3) уплотнительные — для герметизации трущихся
поверхностей, сальников, щелей, зазоров и других деталей;
4) специального назначения, например фрикционные — для
увеличения трения с целью предотвращения проскальзывания
поверхностей, приработочные — для улучшения приработки
трущихся поверхностей деталей и другие.
Подавляющее большинство смазок и по ассортименту, и по
объему производства относятся к первым двум группам.
Следует отметить условность приведенной классификации смазок,
поскольку все антифрикционные смазки в большей или
меньшей степени должны защищать металлы от коррозии, а
консервационные могут одновременно служить и антифрикционными
материалами. Уплотнительные смазки, помимо высокой
герметизирующей способности, должны обладать хорошими
смазочными и защитными свойствами.
Кроме указанной классификации смазок по назначению,
т. е. по применению или по функциональному действию,
известна классификация по составу смазочного материала. По типу
загустителя смазки подразделяют на органические и
неорганические. К загустителям органического происхождения
относят мыла, твердые углеводороды, пигменты и некоторые
кристаллические полимеры. Загустители неорганического
происхождения— силикагель, бентонит, технический углерод (сажа)
и некоторые другие продукты.
Мыльные смазки, в свою очередь, по типу катиона делят
на кальциевые, натриевые, литиевые, бариевые, алюминиевые
и др. В зависимости от состава жиров, употребляемых для
^приготовления мыльных загустителей, выделяют смазки на
синтетических жирных кислотах (различные фракции,
получаемые при окислении парафинов) и природных жирах, а также
и на технических жирных кислотах (стеариновой, 12-оксистеа-
риновой и т. п.).
Как было отмечено, отличительным свойством пластичных
смазок является то, что при малых нагрузках они ведут себя
подобно твердым телам: не растекаются под действием собст-
19* 283

венной массы, удерживаются на вертикальных поверхностях и
не сбрасываются инерционными силами с движущихся деталей.
Под действием нагрузок, превышающих предел их прочности,
смазки начинают течь подобно вязким жидкостям. Таким
образом, можно сформулировать принципиальные отличия
смазок от жидких смазочных материалов:
наличие предела прочности, вследствие чего смазки в
состоянии покоя не текут и приобретают способность течь только
при определенных условиях;
аномальное внутреннее трение, в связи с чем вязкость
смазок зависит не только от температуры, но и от других
параметров, при которых происходит течение;
способность восстанавливать свою структуру и свойства
после разрушения смазки.
По сравнению с жидкими смазочными материалами смазки
обладают рядом преимуществ, хотя имеют и некоторые
недостатки. К преимуществам смазок относят:
1) хорошее удерживание на наклонных и вертикальных
поверхностях, отсутствие выдавливания из узлов трения под
действием значительных нагрузок;
2) высокая смазочная способность, т. е. лучшие показатели
противоизносных и противозадирных свойств (особенно при
больших нагрузках);
3) лучшая защита металлических поверхностей от
коррозионного воздействия внешней среды;
4) высокая герметизация узлов трения, предохранение их
от проникания нежелательных продуктов;
5) более широкий температурный диапазон
работоспособности и лучшие вязкостно-температурные характеристики;
6) более надежная и эффективная работа в жестких
условиях эксплуатации (одновременное воздействие высоких
температур, давлений, ударных нагрузок, переменный режим
скоростей и т. п.);
7) экономичность в применении за счет более
продолжительной работоспособности и меньшего расхода смазки.
Применение пластичных смазок более эффективно при
высоких температурах и контактных нагрузках, в узлах трения,
работающих периодически или с частыми остановками.
К недостаткам смазок следует отнести: отсутствие отвода
тепла от смазываемых деталей, более сложную систему подачи
пластичного смазочного материала к узлу трения и низкую
химическую стабильность мыльных смазок, что приводит к их
повышенному окислению и ухудшению основных
эксплуатационных свойств.
Использование в узлах трения высококачественных смазок
позволяет продлить срок эксплуатации оборудования. Расчеты
показывают, что 1 руб. затрат, вложенный в улучшение
качества смазок, дает 5—6 руб. экономического эффекта при
эксплуатации техники.
284

Хпммотологические проблемы в области пластичных смазок
в связи с развитием техники и повышением требований к ее
эксплуатации непрерывно расширяются и усложняются. В
целом их можно свести к следующим трем проблемам.
1. Научное обоснование выбора и разработки показателей
качества смазок (физико-химических и эксплуатационных) и
путей их оптимизации. Последнее включает определение и
технико-экономическое обоснование необходимого уровня
эксплуатационных свойств смазок, разработку эффективных способов
их улучшения, изучение и выявление основ функционального
действия смазок разного назначения и др.
2. Создание и совершенствование системы и новых методов
оценки качества смазок. Эта проблема затрагивает
определение соответствия между лабораторными исследованиями и
поведением смазок в реальных условиях эксплуатации, создание
экспресс-методов, разработку методов комплексной
квалификационной оценки смазок, совершенствование стандартов и др.
3. Повышение эффективности применения смазок. Сюда
входят унификация и сокращение ассортимента, обоснование норм
расхода, обеспечение стабильности свойств в условиях
хранения, разработка методов восстановления качества и утилизация
отработанных смазок и др.
14.3. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ СМАЗОК
Выявить и оценить качество смазок разного назначения можно
только в результате изучения их физико-химических и
эксплуатационных свойств, отражающих эффективность применения
смазок в данных условиях. Имеется большое число показателей
физико-химических свойств, характеризующих непосредственно
и сам продукт, и его химическую природу, а также особенности
производства. Однако они не связаны с назначением и
конкретными условиями применения смазочного материала.
Такими показателями являются вязкость, плотность, испаряемость,
диэлектрические, оптические и некоторые другие свойства.
Под эксплуатационными свойствами смазок понимают такие
показатели свойств, которые проявляются только в условиях
их применения и определяют надежность и долговечность
эксплуатации машин и механизмов. К основным показателям
эксплуатационных свойств для большинства смазок относят
вязкостно-температурные и прочностно-температурные, смазочную
и герметизирующую способности, стойкость против окисления,
защитные и коррозионные свойства. Эксплуатационные
свойства не являются жестко закрепленной характеристикой и могут
изменяться в зависимости от назначения и условий применения
смазок. Так, смазочные свойства для антифрикционных
смазок — основной показатель качества, а для консервационных
вмазок этот показатель несуществен. Для смазок,
контактирующих с резиной, важным является минимальное изменение
285

ее свойств (набухание резины или растворение компонентов)
при длительном их контакте со смазкой. Для некоторых
индустриальных и приборных смазок и масел важным является
значение коэффициента трения при переходе к динамическому
режиму.
В то же время не вызывает сомнения, что
эксплуатационные свойства смазок связаны с отдельными показателями их
физико-химических свойств. Иногда эта связь прямая, как,
например, в случае вязкости смазок в условиях
гидродинамического режима, т. е. вязкость характеризует одновременно и
эксплуатационные и физико-химические свойства смазок. Но чаще
прослеживается косвенная связь, и четко выявить ее — задача
не простая.
Оценивают эксплуатационные свойства смазок по многим
специфическим параметрам, в которых учитывают не только их
физико-химическую основу, но и простоту, доступность
измерения, соответствие условиям применения смазок и т. п. Для этих
целей используют физико-химические методы,
квалификационные методы испытаний, эксплуатационные испытания на
модельных установках и испытания в реальных машинах и
механизмах. Определение многих эксплуатационных свойств смазок
трудоемко и длительно (например, определение смазочной
способности, защитных свойств, показателей диэлектрических
свойств). В таких случаях об эксплуатационных свойствах
судят по косвенным признакам, в основе которых лежат
определение и сопоставление физико-химических показателей
испытуемой и эталонной смазок. Поэтому в ГОСТ и ТУ на смазки
главным образом нормируют значения прочности и вязкости,
показатели стабильности в условиях хранения и применения
смазок, т. е. основные физико-химические свойства.
Существует также ряд показателей качества смазок,
используемых в заводской практике и предназначенных для контроля
рецептуры и режимов приготовления. К ним относятся такие
показатели, как содержание воды, механических примесей,
свободных кислот и щелочей, которые определяются методами
аналитической химии. Одновременно по ним можно судить о
некоторых эксплуатационных свойствах. Например, кислотное
число косвенно характеризует коррозионное воздействие
смазки прежде всего на цветные металлы; содержание
механических примесей отражается на смазочной способности и т. д.
Однако о возможности применения новой смазки судят по
длительным эксплуатационным испытаниям в натурных условиях
или по разработанным в последние годы квалификационным
методам испытаний, которые позволяют быстро и довольно
точно оценить пригодность смазок разного назначения к
применению.
Поведение смазок при механическом и температурном
воздействиях в условиях эксплуатации изучается реологическими
методами, которые позволяют оценить структурно-механические
286

или объемные свойства смазок, часто называемые
реологическими свойствами.
Течение смазок представляет собой процесс непрерывного
разрушения и восстановления структурного каркаса. Изучение
реологических свойств смазок предусматривает исследование
упругих свойств, ползучести и течения смазки. Поскольку в
условиях эксплуатации смазки подвергаются напряжениям
сдвига, значительно превышающим их предел упругости, в качестве
основных реологических характеристик приняты: предел
прочности на сдвиг или предельное напряжение сдвига тПч,
эффективная вязкость т] и механическая стабильность.
Основные свойства пластических смазок, которые заложены
в основу подбора и применения их в технике, рассматриваются
б следующем разделе.
14.4. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СМАЗОК
Прочностные свойства. Частицы загустителя образуют в масле
•структурый каркас, благодаря которому смазки в состоянии
покоя обладают пределом прочности на сдвиг. Предел
прочности — это минимальная нагрузка, при приложении которой
происходит необратимая деформация (сдвиг) смазки. При
приложении нагрузки, превышающей предел прочности, смазки
начинают деформироваться, а при нагрузке ниже предела
прочности они подобно твердым телам проявляют упругость. При
определенных условиях смазки могут обладать и хрупкостью.
Таким образом, характер деформаций смазок ниже и выше
предела прочности различен.
Абсолютная величина предела прочности и его зависимость
от температуры во многом определяют стартовые
характеристики узлов трения, способность смазки поступать к рабочим
узлам и удерживаться на трущихся поверхностях. Благодаря
наличию предела прочности смазки не стекают с наклонных и
вертикальных поверхностей, не вытекают из негерметизирован-
ных узлов трения.
С повышением температуры в большинстве случаев предел
прочности смазок уменьшается. Температура, при которой
предел прочности приближается к нулю, является истинной
температурой перехода смазки из пластичного состояния в жидкое.
Эта температура характеризует верхний температурный предел
работоспособности смазок.
Все факторы, влияющие на формирование структуры
смазок, влияют и на их прочность. К ним относятся тип и
концентрация загустителя, химический состав и свойства
дисперсионной среды, состав и концентрация ПАВ и, наконец, режим
приготовления смазок (температура и продолжительность
нагревания, скорость охлаждения и т. п.).
Для определения предела прочности смазок предложены
разные методы, основанные на осевом сдвиге коаксиальных
287

Рис. 57. Зависимость вязкости смазочиыл
материалов от градиента скорости сдвига
1 — пластичная смазка; 2 — масло.
цилиндров, на вырывании из
смазки шурупа или пластины, на
сдвиге смазки в оребренном капилляре
и др. Наиболее распространенным
методом является оценка
прочности смазок на пластометре К-2„
Сдвиг смазки осуществляется в специальном оребренном
капилляре под давлением термически расширяющейся жидкости.
Для большинства смазок предел прочности при температуре
20 °С лежит в пределах 100—1000 Па.
Вязкостные свойства. Вязкость определяет прокачиваемость
смазок при низких температурах, стартовые характеристики и
сопротивление вращению при установившихся режимах работы,
а также возможность заправки узлов трения. В отличие от
масел вязкость смазок зависит не только от температуры, но и от
градиента скорости сдвига. При увеличении скорости
деформации вязкость резко снижается, поэтому обычно говорят об
эффективной вязкости смазок г] при данном градиенте скорости D
и при постоянной температуре (рис. 57). Изменение вязкости
от скорости деформации выражается вязкостно-скоростной
характеристикой и определяется отношением вязкостей смазки
при постоянной температуре и двух градиентах скорости.
Существенное влияние на вязкость смазок оказывает
температура, с повышением которой вязкость смазки снижается.
При минимальных рабочих температурах вязкость смазок не
должна превышать 2000 Па-с (D = 10 с"1). О влиянии
температуры на вязкость смазок судят по вязкостно-температурной
характеристике, т. е. по зависимости вязкости от температуры
при постоянном градиенте скорости D.
Вязкостно-температурная характеристика зависит от значения D, при котором
происходит ее определение и, как правило, ухудшается с
увеличением скорости деформации. По вязкостно-температурным
свойствам смазки превосходят масла, поскольку значительная доля
сопротивления течения смазок приходится на разрушение
структурного каркаса, а прочность его сравнительно мало меняется
с изменением температуры.
Увеличение концентрации и степени дисперсности
загустителя приводит к повышению вязкости смазки. На вязкость
смазки влияет также вязкость дисперсионной среды и
технология их приготовления.
Для определения вязкости смазок используют капиллярные
вискозиметры — АКВ-2 или АКВ-4, ротационные
вискозиметры — ПВР-1 и реотесты.
288

Механическая стабильность (тиксотропные превращения
смазок). Изменение реологических свойств смазок при
механическом разрушении и в процессе последующего отдыха — одна
из важных характеристик. При эксплуатации смазок в узлах
трения уменьшаются их предел прочности и вязкость с
последующим возрастанием этих показателей после прекращения
механического воздействия. Такие дисперсные системы,
самопроизвольно восстанавливающиеся, называют тиксотропными.
Тиксотропными свойствами обладают только такие смазки,
которые после разрушения способны восстанавливаться.
Сильно разупрочняющиеся при механическом воздействии смазки
не способны удерживаться в узлах трения и вытекают из них
при сравнительно небольших нагрузках. Чрезмерное
уплотнение смазки после разрушения также является нежелательным:
затрудняется запуск узла трения и поступление смазочного
материала к контактным поверхностям.
Механическая стабильность смазок зависит от типа
загустителя, размеров, формы и прочности связи между
дисперсными частицами. Уменьшение размеров частиц загустителя
(до определенных пределов) способствует улучшению
механической стабильности смазок. Смазки, имеющие мыльные
волокна с большим отношением длины к диаметру, более стабильны.
Увеличение концентрации загустителя также повышает
механическую стабильность смазок. На тиксотропные превращения
смазок влияют состав и свойства дисперсионной среды,
присутствие ПАВ, наполнителей и композиций добавок.
Оценка механической стабильности смазок основана на их
разрушении в ротационном приборе — тиксометре (при
стандартных условиях) — и определении изменения их
механических свойств в процессе разрушения или непосредственно после
его окончания. Механическая стабильность оценивается по
специальным коэффициентам, которые рассчитывают по изменению
предела прочности смазки на разрыв: /СР — индекс разрушения,
К* — индекс тиксотропного восстановления.
Пенетрация. Этот показатель до сих пор широко
используют для оценки прочности и сравнения смазок друг с другом.
Глубина погружения конуса (стандартной массы в течение 5 с)
в смазку, выраженная в десятых долях миллиметра,
называется числом пенетрации. Чем мягче смазка, тем глубже в -нее
погружается конус и тем выше число пенетрации. Пенетрация
смазок — показатель условный, не имеющий физического
смысла и не определяющий их поведение в эксплуатации. Смазки,
обладающие разными реологическими свойствами, могут иметь
одинаковые числа пенетрации, и это приводит к неверным
представлениям об эксплуатационных свойствах смазок. В то же
время пенетрацией как быстро определяемым показателем
часто пользуются в производственных условиях для оценки
идентичности рецептуры и соблюдения технологии изготовления
смазок. Число пенетрации смазок колеблется от 170 до 420.
289

0,10 0,05
Щелочность
(% NaOHJ
0,05 0,Ю
Кислотность,
Время окисления
Рис. 58. Зависимость коллоидной стабильности литиевой смазки,
приготовленной при медленном (/) и быстром (2) охлаждении расплава, от щелочности
(кислотности).
Рис. 59. Зависимость изменения предела прочности, температуры каплепа-
дения и коллоидной стабильности смазок от времени их окисления.
Коллоидная стабильность. Способность удерживать масло,
сопротивляться его выделению при хранении и эксплуатации
характеризует коллоидную стабильность смазок. Выделение
масла может быть самопроизвольным вследствие структурных
изменений в смазке, например под действием собственной
массы, и может ускоряться или замедляться под действием
температуры, давления либо других факторов. Чрезмерно большое
выделение масла в процессе работы смазки — более 30% —
приводит к резкому упрочнению смазки и нарушает ее
нормальное поступление к смазываемой поверхности.
Коллоидная стабильность смазок зависит от степени
совершенства структурного каркаса, которая, в свою очередь,
определяется размерами, формой и прочностью связей структурных
элементов. Значительное влияние на коллоидную стабильность
смазок оказывает вязкость дисперсионной среды: чем выше
вязкость масла, тем труднее ему вытекать из объема смазки.
О влиянии на коллоидную стабильность свободных щелочей
или кислот, а также о влиянии способа приготовления, в
частности режима охлаждения смазок позволяют судить
зависимости, представленные на рис. 58.
Многие промышленные смазки, приготовленные на основе
маловязких масел или с низким содержанием загустителя,
недостаточно коллоидостабильны. Чтобы масло не выделялось из
таких смазок, их расфасовывают в небольшую тару, что
исключает или понижает выделение (отпрессовываемость) масла под
действием собственной массы.
Оценка коллоидной стабильности смазок основана на
ускорении отделения масла при механическом воздействии,
давлении центробежных сил, фильтровании под вакуумом и других
290

.факторов. Самым простым и удобным является механическое
отпрессовывание масла из некоторого объема смазки,
помещенной между слоями фильтровальной бумаги (прибор КСА).
Коллоидная стабильность оценивается по объему масла,
отпрессованного из смазки при комнатной температуре в течение 30 мин
и выражается в процентах; для смазок она не должна
превышать 30%.
Химическая стабильность. Это — важная эксплуатационная
^характеристика смазок. Под химической стабильностью обычно
понимают стойкость смазок против окисления кислородом
воздуха, хотя в широком смысле — это отсутствие изменения
-свойств смазок при воздействии на них химических реагентов
(кислот, щелочей, кислорода и т. п.). Окисление приводит к
образованию и накоплению в смазках кислородсодержащих
ПАВ, к изменению реологических свойств смазок (как правило,
происходит их разупрочнение), ухудшению коллоидной
стабильности, понижению температуры каплепадения, смазочной
способности и ряда других показателей (рис. 59).
Стабильность против окисления является особенно важным
показателем для таких смазок, которые заправляют в узлы
трения 1—2 раза в течение 10—15 лет, работают при высоких
температурах, в тонких слоях и в контакте с цветными
металлами. Медь, бронза, олово, свинец и ряд. других металлов и
сплавов ускоряют окисление смазок.
Оценка химической стабильности смазок основана на
ускоренном окислении смазок под действием высокой температуры
и катализаторов и определении кислотного числа, количества
и скорости поглощения кислорода, изменении структуры и
свойств смазок. Об образовании и накоплении в смазках
продуктов окисления можно судить по данным ИК-спектроскопии.
Появление или резкое усиление поглощения в области 1710—
1720 см"1 свидетельствует об увеличении концентрации
карбонильных соединений — кислот, альдегидов, эфиров и др., а в
области 3300 см~! — об образовании гидроксилсодержащих
соединений (спиртов).
Большинство методик по определению химической
стабильности смазок основано на их окислении в статических условиях.
Естественно, это не отражает условий эксплуатации смазок в
узлах трения. Подобная оценка справедлива для консервацион-
ных и уплотнительных смазок, окисление которых протекает
преимущественно в статических условиях. В то же время для
антифрикционных смазок эти методики имеют недостатки и
ограничения. В. В. Бутовцом и Ю. Л. Ищуком разработаны
эффективный метод и прибор, с помощью которого по величине
индукционного периода и скорости поглощения кислорода
стабильность смазок против окисления оценивается в
динамических условиях.
Имеется несколько способов повышения стойкости смазок
против окисления. Это — тщательный подбор масляной основы,
291

выбор типа и концентрации загустителя, варьирование
технологическими режимами производства. Перспективным способом
улучшения химической стабильности смазок является введение
в них антиокислительных присадок. В качестве таких присадок
используют амино- и фенолосодержащие соединения, дитиокар-
баматы, фосфор- и серосодержащие органические продукты.
Термическая стабильность. Способность смазок не изменять
свои свойства и прежде всего не упрочняться при
кратковременном воздействии высоких температур характеризует их
термическую стабильность. Смазки, приготовленные на мылах
синтетических жирных кислот, а также некоторые комплексные
смазки подвержены при повышенных температурах упрочнению
вплоть до потери пластичности. Низкой термической
стабильностью обладают натриевые, натриево-кальциевые смазки и в
меньшей степени кальциевые. Термоупрочнение затрудняет
поступление смазки к узлу трения, ухудшает ее адгезионные
свойства. Особенность термоупрочнения — полная и многократная
его обратимость: перетирание, гомогенизация затвердевшей
смазки вновь приводит к восстановлению ее первоначальных
свойств.
Оценивают термоупрочнение смазок по изменению предела
прочности их до и после выдерживания при повышенных
температурах; отношение величин выражают в процентах.
Определяют предел прочности смазок на приборе, называемом проч-
номером.
Испаряемость — это один из показателей пластичных
смазок, определяющих стабильность состава смазок при хранении
и в эксплуатации. Поскольку смазки работают и при высоких
температурах, и в условиях глубокого вакуума, а частая смена
смазочного материала не предусмотрена, испарение
дисперсионной среды может нежелательно отразиться на
эксплуатационных свойствах самих смазок. Потеря масла в результате
испарения приводит к повышению концентрации загустителя, что,
в свою очередь, сопровождается увеличением предела
прочности и ухудшением низкотемпературных свойств смазки: на
поверхности образуются корки и трещины, снижается защитная
способность.
Скорость испарения масла зависит от условий хранения и
эксплуатации смазок, от их состава и прежде всего от
фракционного состава самого масла. Чем тоньше слой смазки и
больше его поверхность, тем выше испаряемость масла. Тип
и концентрация загустителя в меньшей степени влияют на
испаряемость смазки. Высокая химическая стабильность смазки
способствует меньшей испаряемости ее жидкой основы.
Для количественной оценки испаряемости смазок
используют методы, основанные на измерении потери массы образца,
который выдерживают в стандартных условиях в течение
определенного времени при постоянной температуре. Выражается
испаряемость в процентах.
292

Микробиологическая стабильность. Изменение состава и
свойств смазок происходит под воздействием микроорганизмов.
Микроорганизмы — грибки, бактерии — попадая в смазку либо
погибают, либо начинают интенсивно развиваться. Это зависит
от их биологических свойств, состава смазки (присутствия в
ней питательных веществ) и окружающих условий
(температуры, влажность и др.). При развитии микроорганизмы
потребляют те или иные компоненты смазок, тем самым изменяя их
состав и свойства. Продукты обмена накапливаются в смазке
и, как правило, увеличивают ее кислотность. При этом
происходит резкое разупрочнение смазки и изменение ее
эксплуатационных свойств.
Для создания стойких к микробиологическому поражению
смазочных материалов в них вводят антисептики. В качестве
таковых применяют органические вещества, например
бензойную и салициловую кислоты, фенолы и их производные, и ме-
таллорганические соединения — производные ртути, олова и др.
Бактерицидным действием обладают и некоторые
антиокислительные, противоизносные присадки и ингибиторы коррозии.
Существуют различные методы испытаний смазок на
микробиологическую стабильность: стационарные методы испытаний
в чашках Петри на сусловом и минеральном агаре, а также
микробиологическое разрушение смазок, нанесенных на
металлические пластинки. Оценку роста микроорганизмов проводят,
как правило, по пятибалльной системе: 0 — отсутствие роста
грибков на поверхности смазки, 5 — грибки полностью
покрывают смазку. Испытания с нанесением смазок на
металлические пластинки позволяют более четко судить об их
микробиологической стабильности.
Радиационная стойкость смазок. Воздействие на смазочные
материалы излучений высоких энергий (у-лучи, а- и (3-частицы,
свободные электроны) приводит к глубоким изменениям их
структуры и свойств. Глубина изменений свойств зависит от
дозы поглощенного облучения и химического состава
смазочного материала. О радиационной стойкости смазок судят по
изменению их свойств после облучения определенной
интенсивности. Суммарная доза до 5 (106—108) рад обычно вызывает
разрушение волокон загустителя и изменения свойств смазок.
В значительной степени стойкость смазок к облучению
зависит от состава масла, на основе которого они приготовлены.
По радиационной стойкости дисперсионная среда смазок
располагается в следующий ряд: кремнийорганические жидкости<слож-
ные эфиры<нефтяные масла<простые эфиры. Смазки в
зависимости от типа загустителя при облучении могут приобретать
«наведенную» радиоактивность. Наиболее легко
радиоактивность приобретают натриевые смазки.
Температура каплепадения. Минимальная температура, при
которой происходит падение первой капли смазки,
нагреваемой в приборе Уббелоде, называется температурой каплепаде-
293

ния. Эта температура является эмпирическим показателем. Ее
значение зависит от условий оценки и не всегда определяется
одними и теми же свойствами смазок. Температура каплепаде-
ния условно характеризует температуру плавления загустителя
смазки. Считается, что максимальная температура применения
смазок должна быть на 15—20 °С ниже их температуры капле-
падения. Однако далеко не для всех смазок температура капле-
падения позволяет правильно судить об их
высокотемпературных свойствах. Так, температура каплепадения литиевых
смазок обычно лежит в пределах 170—200 °С, а работоспособны
они до температур, не превышающих 130 °С.
14.5. РЕГУЛИРОВАНИЕ И УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА СМАЗОК
Необходимость улучшения качества смазок обусловлена, с
одной стороны, ужесточением условий их применения, т. е.
повышением температур, нагрузок, скоростей перемещения в узлах
трения, а с другой, — общим повышением требований к
надежности и долговечности работы машин и механизмов.
Регулирование и улучшение качества смазок возможно за счет подбора
загустителей, дисперсионных сред, введения добавок и их
композиций, а также оптимизацией технологии производства. В
настоящее время наиболее проработанным направлением
является использование загустителей.
Загустители. В производстве смазок в качестве загустителей
применяют около 10 различных мыл — кальциевые, натриевые,
литиевые, алюминиевые и др. Их используют как порознь, так
и в сочетании друг с другом или в сочетании с загустителями
другой природы. В случае смешанного загустителя каждый
компонент выполняет свою функцию, например твердые
углеводороды повышают водостойкость, мыла улучшают смазочную
способность, неорганические загустители — расширяют
температурный диапазон эксплуатации смазок.
Регулировать структуру и свойства смазок можно, изменяя
состав и строение анионной части молекулы мыла, т. е.
используя разнообразное жировое сырье. Например, кальциевые и
литиевые смазки на смесях индивидуальных кислот имеют в
2—3 раза больший предел прочности, чем приготовленные на
мылах любой из исходных кислот в отдельности (рис. 60).
В последние годы в производстве смазок широко
используют 12-гидроксистеариновую кислоту. Загущающая способность
мыл, приготовленных с использованием этого загустителя,
зависит от содержания в жировом сырье непредельных кислот.
Увеличение или снижение йодного числа (по нему судят о
содержании непредельных кислот) уменьшает загущающее
действие мыла; оптимальным является йодное число 5—10 г на
100 г смазки.
Все более широкое практическое применение в производстве
смазок находят мыла высоко- и низкомолекулярных карбоно-
294

Рис. 60. Зависимость предела прочности
кальциевых смазок от молекулярной
массы индивидуальных насыщенных
жирных кислот и их смесей.
18->
вых кислот, позволяющие полу-
! чать так называемые комплекс-
ные смазки. Оптимальная струк-
! тура и свойства смазок
достигаются при строгом количествен-
ном соотношении низко- и высо-
t комолекулярных кислот.
В качестве загустителей
используют и некоторые
органические соединения с высокой
температурой плавления
(производные карбамида, пигменты фта-
лоцианинового и индантренового
ряда, соли терефталевой
кислоты, кристаллические полимеры),
/4 16 1В 20
luc/io атомод С д
молекуле кислоты
22
а в последнее время все шире применяют продукты
неорганического происхождения — силикагель, бентонитовые глины и
технический углерод. Среди неорганических загустителей
наибольшее распространение в СССР получил силикагель. Сили-
кагелевые смазки отличаются широким температурным
диапазоном применения (от —60 до 250 °С), высокой
работоспособностью в контакте .с агрессивными средами и радиационной
стабильностью. Однако они имеют низкие смазочную и
защитную способности и склонность к упрочнению в условиях
хранения и эксплуатации. Смазки на основе пигментов (фтало-
цианин, изовиолантрон и др.) запатентованы в начале 50-х
годов, но массового производства и широкого распространения
они не получили, как и смазки на основе кристаллических
полимеров.
Таким образом, хотя мыла и являются наиболее
распространенными загустителями, их низкая полярность и довольно
высокая энергия связи со средой приводят к малой
поверхностной активности смазок на границе с металлом, что часто не
обеспечивает необходимых свойств товарным продуктам. Кроме
того, многие мыла катализируют окисление масел и повышают
их коррозионное воздействие на металлы. Поэтому основное
назначение мыл сводится к загущению масла, приданию
системе прочности, пластичности и других реологических свойств.
В значительной степени это относится и к иным типам
загустителей.
Дисперсионная среда. В качестве дисперсионной среды в
производстве смазок применяют преимущественно товарные
нефтяные масла и в небольших количествах синтетические
масла либо их смеси. Основной показатель, по которому
подбирают дисперсионную среду смазки, — вязкость. Ее влияние на
295

формирование структуры смазки при высоких температурах
(начало мицелло- и структурообразования) незначительно.
Предпочтение отдается средам, в которых загущающее
действие загустителя проявляется максимально.
Не вызывает сомнения существенное влияние вязкости
дисперсионной среды на низко- и высокотемпературные свойства,
механическую и коллоидную стабильность смазок. Поэтому
важно учитывать вязкость масла и ее изменение от
температуры при выборе основы для приготовления смазки. Однако
критерий вязкости при выборе того или иного масла является
недостаточным, поскольку более сильно на формирование
структуры смазки влияет химический состав дисперсионной
среды — содержание смол, полициклических ароматических
углеводородов и кислородсодержащих соединений.
Влияние полярности дисперсионной среды на свойства
смазок зависит также и от типа загустителя. Так, предел
прочности и вязкость смазок, приготовленных на более полярных
загустителях, например литиевых мылах, в меньшей степени
зависят от состава среды, чем на менее полярных — кальциевых
или бариевых мылах.
Технология приготовления смазок и ее совершенствование.
Специфика производства смазок заключается в решении двух,
связанных между собой задач: 1) создание оптимальных
условий для загущения масла мылом и 2) обеспечение
необходимого уровня функциональных свойств (смазочной и защитной
способности, стойкости против окисления и т. п.). Иначе
говоря, необходимо обеспечить смазке и высокий уровень
структуры и хорошие эксплуатационные свойства. В настоящее время,
учитывая резко возросшие, требования, решить одновременно
эти две проблемы при помощи только загустителя и масла
сложно. Все шире для улучшения свойств смазок используется
оптимизация технологических режимов их производства. В
наибольшей степени это относится к регулированию режимов
охлаждения, способов и интенсивности гомогенизации.
Существенными являются также последовательность введения
компонентов, длительность и максимальная температура нагревания.
Режим охлаждения мыльного расплава — важнейший
технологический фактор, определяющий структуру смазки.
Медленное охлаждение расплава в покое или при перемешивании
способствует получению крупных частиц мыльного
загустителя, а быстрое — мелких. Смазки, приготовленные по режиму
быстрого охлаждения расплава, отличаются от смазок,
охлажденных с малой скоростью, большей прочностью. Наиболее
упорядоченная и прочная структура смазки формируется при
постоянной высокой температуре по режиму изотермической
кристаллизации.
Влияет на структуру и свойства мыльных смазок способ и
интенсивность гомогенизации. Режим механического
воздействия для смазок разного типа подбирают таким, чтобы происхо-
596

дило улучшение свойств (смазочной способности, коллоидной
стабильности и др.), которые по тем пли иным причинам не
удалось обеспечить на предшествующих стадиях производства.
Добавки. Эффективным и перспективным направлением
улучшения эксплуатационных свойств смазок оказалось
введение в них добавок — наполнителей, присадок и их композиций.
Наполнители — твердые высокодисперсные вещества, как
правило, неорганического происхождения. Они практически не
растворяются в дисперсионной среде и образуют в смазках
самостоятельную фазу; размер частиц их как минимум на
порядок выше, чем размер мицелл. Для наполнителей характерно
постоянство размеров частиц во всем температурном диапазоне
производства и применения смазок. Наполнители, в отличие от
загустителей, обладают слабым загущающим действием.
Присадки чаще всего вещества органического
происхождения. Они растворяются в дисперсионной среде и заметно
влияют на формирование структуры и реологические свойства
смазок. Для присадок характерно значительное изменение
эффективности действия в зависимости от их концентрации, а также
от состава, свойств, условий производства и применения
смазок. Действие в смазках большинства присадок в отличие от
действия наполнителей осложняется сильным побочным
влиянием их на структуру и реологические свойства.
Применение добавок в смазках и особенно присадок,
наряду с прямым положительным функциональным действием, как
улучшение смазочной и защитной способности или
стабильности к окислению и других свойств, может сопровождаться
отрицательным воздействием на структуру и свойства смазок.
Наиболее опасно разупрочнение смазок под воздействием
малых концентраций поверхностно-активных веществ. Как и
большинство коллоидных систем смазки очень чувствительны к
малым концентрациям полярных веществ. Возникает проблема
оптимизации подбора добавок с тем, чтобы побочный эффект
действия как на структуру, так и на эксплуатационные
свойства был минимальным.
Первоначально в смазки вводили наполнители и прежде
всего для повышения их смазочной способности. Наибольшее
распространение получили слоистые наполнители
кристаллической структуры. К таким наполнителям относятся — графит,
дисульфид молибдена, слюда, тальк, вермикулит, нитрид бора,
некоторые сульфиды и иодиды металлов, а также высокодпс-
персные порошки металлов и их оксиды. В последующем для
улучшения других свойств смазок в них стали вводить
присадки. Основными присадками являются антиокислительные, про-
тивоизносные и ингибиторы коррозии. Эффективно
использование в смазках композиций присадок и наполнителей,
совместное применение которых способствует решению трех задач:
1) более гибкое регулирование структуры смазок; 2)
повышение эффективности действия добавок и улучшение эксплуата-
297

ционных свойств смазок; 3) ослабление или подавление
отрицательного действия присадок и наполнителей, вводимых в
смазки порознь.
Действие присадок в смазках с наполнителями в
значительной степени зависит от их взаимодействия с компонентами
смазки и попадающими извне продуктами (в частности, водой,
механическими примесями и т. п.). Разупрочнение смазок в
присутствии присадок связано с их влиянием на размеры
частиц загустителя и контактные взаимодействия. Наполнители
способствуют упрочнению граничных слоев смазок, что
проявляется в изменении смазочной, защитной и герметизирующей
способностей. В заключение отметим, что для смазок
различных типов и даже конкретных составов необходим поиск
оптимальных композиций добавок.
ГЛАВА 15
АНТИФРИКЦИОННЫЕ СМАЗКИ
Трудно назвать другое, более распространенное явление в
жизни, чем трение. Оно приводит к значительным потерям
энергии и всегда вызывает повышенный износ поверхностей.
Устранение или снижение трения и износа — важнейшая техническая
задача.
Напомним, что трением называют сопротивление,
возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся
тел в плоскости их касания. Сила сопротивления, направленная
противоположно сдвигающему усилию, — есть сила трения.
В численном выражении ее определяют коэффициентом трения,
величина которого зависит от температуры, нагрузки, скорости
перемещения поверхностей,-состава и свойств контактируемых
материалов и ряда других факторов. Различают трение
внешнее и трение внутреннее. Под внешним понимают трение
между поверхностями различных тел, под внутренним —
сопротивление взаимному перемещению частиц самого тела. И то и
другое трение связаны с потерей энергии. В зависимости от
геометрии и характера относительного перемещения трущихся
тел внешнее трение подразделяется на трение скольжения и
трение качения.
Внутреннее трение жидкостей (в частности, смазочных
материалов) значительно меньше внешнего трения твердых тел
Поэтому использование масел и смазок служит для замены
внешнего трения несмазанных поверхностей меньшим
внутренним трением смазочного материала, являющимся его вязкостью.
Трение несмазанных или недостаточно смазанных
поверхностей вызывает износ деталей (конструкций). Последний
заключается в разрушении поверхностного слоя и в отделении частиц
298

.металла. Износ может быть вызван непосредственным
зацеплением шероховатостей на поверхности, сопровождающимся
отрывом частиц, процарапыванием поверхности более мягкого
металла более твердым, абразивным действием твердых
частиц, процессом «микросваривания», коррозией трущихся частей
и рядом других причин.
Для уменьшения трения и износа различных узлов и тру-
,щихся поверхностей широко используют антифрикционные
пластичные смазки. Среди других групп смазок по объему и
ассортименту производства они занимают первое место. Основными
узлами трения, где широко применяют антифрикционные
смазки, а порою работа этих узлов без смазок невозможна,
являются подшипники скольжения и качения, шарниры и различные
трущиеся плоскости, зубчатые, винтовые и цепные передачи,
электрические контакты и некоторые другие механические
системы и конструкции.
Самые массовые узлы трения — это подшипники качения,
выпуск которых превышает миллиард штук. Узлы трения,
даже одного вида, весьма многообразны. Например, имеются
сотни вариантов подшипников качения — открытые и
герметизированные, шариковые и роликовые, радиальные и упорные. На
работу подшипников существенно влияют конструкция
(цилиндрический, конический и др.) и материал ролика и
сепаратора. Эффективность работы смазки в узле трения, ее подбор,
применение и сроки замены в значительной степени
определяются режимами эксплуатации машин и механизмов
(температура, нагрузка, скорость вращения, состав окружающей среды
и т. п.).
Изучение сложных и многообразных процессов,
сопровождающих перемещение твердых тел друг относительно друга, и
регулирование ими трения и износа металлических изделий
имеет большое научное и практическое значение. Научное
направление, занимающееся изучением процессов трения, износа
и смазками, выделилось в самостоятельную область знаний,
получившую название трибология («tribo» — трение, «logos» —
наука). Особенности применения, пути улучшения качества и
ассортимент антифрикционных смазок рассмотрены ниже.
15.1. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ СМАЗОК
Подбор антифрикционных смазок и эффективность их работы
определяются следующими наиболее важными факторами:
1) условиями эксплуатации, т. е. температурой, нагрузкой,
окружающей средой, скоростью перемещения и др.;
2) составом и свойствами материалов, с которыми смазка
контактирует;
3) конструктивными особенностями узла трения (размером,
условиями подачи смазки, герметизацией и др.) и сроками
смены смазки.
299

Рис. 61. Зависимость противоизносных
свойств (износа) смазочного материала
от толщины слоя:
1 — пластичная смазка; 2— смазка,
содержащая ПАВ; 3 — дисперсионная среда.
В частных случаях
решающими факторами могут быть спо-
=_ соб и легкость нанесения смазки
толщина слоя (степень заполнения) на поверхность обрабатываемого
материала, например, для
антифрикционных технологических смазок, либо плотность смазок,
например, для использования их в подводных лодках.
Современные массовые подшипники качения работают в
широком диапазоне температур — от минус 40 °С до плюс 180 °С,
скоростей вращения —до 3—5 тыс. об/мин и при контактных
напряжениях, достигающих 5000—7000 МПа. Правильно
подобранная высококачественная смазка обеспечивает длительную
надежную работу подшипника. Пластичные смазки лучше
масел амортизируют ударные нагрузки и уменьшают тем самым
усталостное разрушение тел и дорожек качения. Важным
преимуществом смазок перед маслами является их большая
способность удерживаться в зоне трения, что создает резерв
смазочного материала. Равномерное расходование смазки
увеличивает срок ее работы в подшипнике, при этом сокращаются
эксплуатационные затраты на обслуживание техники.
В отличие от жидких смазочных материалов для
пластичных смазок характерна зависимость смазочной способности от
степени заполнения узла трения. Так, плотная набивка смазкой
узла трения при испытании на четырехшариковой машине
приводит, как правило, к значительно большему износу шаров,
чем при нанесении смазки тонким слоем (рис. 61). В то же
время противоизносные свойства дисперсионной среды, на
основе которой приготовлена смазка, не зависят от толщины
смазочного слоя. Присутствие в смазке присадок (или других
поверхностно-активных веществ) сближает смазки с маслами,
хотя по абсолютным величинам износ в случае смазок может
быть большим. Следует отметить, что представленная на
рисунке обобщенная зависимость четко проявляется при
сравнительно небольших нормальных нагрузках.
В соответствии с назначением антифрикционные смазки
подразделяют на смазки общего назначения и специальные. В свою
очередь, в первой группе выделяют смазки для обычных
температур (до 70 °С) и смазки для повышенных температур (до
120 °С). Специальные антифрикционные делят на термостойкие
(150°С и выше), морозостойкие (—40°С и ниже), противоза-
дирные и противоизносные, химически- и радиационностойкие.
В зависимости от области применения выделяют
индустриальные, автомобильные и железнодорожные антифрикционные
смазки.
300

При дозаправке узлов трения в процессе эксплуатации
техники происходит смешение старой и новой смазок, которое
неизбежно и при переводе узлов трения на новые виды смазки.
Практически полного удаления используемой ранее смазки
никогда не происходит. Соотношение новой и старой смазок
зависит от конструкции узла трения и меняется в довольно
широких пределах. Для большинства пар смазок при их смешении
свойства изменяются пропорционально соотношению
компонентов в смеси, однако при смешении некоторых смазок
(например, литиевых и кальциевых) наблюдается неаддитивное
изменение свойств с резким ухудшением их по сравнению со
свойствами исходных смазок. При этом, как правило, смазки
разупрочняются, снижается их вязкость, стабильность к
окислению, смазочная способность, водостойкость и другие
свойства. Причины несовместимости смазок многообразны и зависят
как от рецептуры, так и от условий смешения, но полностью
они не выявлены. Изменение свойств смесей возможно в
течение длительного времени (1,5—2 года) и особенно выражено
при наличии в смазках ПАВ (многих присадок). Наиболее
совместимы со смазками разных типов литиевые (на 12-гидрокси-
стеариновой кислоте), комплексные кальциевые, натриевые и
силикагелевые смазки.
Важное условие подбора смазок любого назначения — их
совместимость с резинами. При контакте резиновых деталей со
смазками возможно как увеличение, так и снижение массы
резины за счет ее набухания, которое сопровождается
переходом компонентов смазки в объем герметика, или за счет
растворения в смазке отдельных составляющих резины. Действие
смазок на резины определяется природой и вязкостью
дисперсионной среды, соотношением полярностей каучука и жидкой
основы смазки. Например, неполярные каучуки сильно
набухают в нефтяных маслах, а полярные взаимодействуют с ними
значительно слабее. С понижением вязкости масла изменение
массы каучука возрастает. Совместимыми со смазками
считаются резины, изменение массы которых в смазках не
превышает 10%.
Способность смазочных материалов уменьшать трение и
износ, предотвращать задир трущихся поверхностей оценивается
на модельных установках — машинах трения и на натурных
механизмах. Наибольшее распространение получили четырех-
шариковые машины трения (ЧШМ). Методика испытаний и
обработка экспериментальных данных при оценке смазочной
способности пластичных смазок на ЧШМ существенно различны.
В качестве показателей смазочной способности, оцениваемых
на ЧШМ, используют следующие: диаметр пятна износа du при
определенной нагрузке и продолжительности ее действия;
критическая нагрузка заедания Рк, при превышении которой
происходит скачкообразное увеличение dn\ нагрузка сваривания
шаров Рс; индекс задира И3 или используемый ранее обобщен-
301

ный показатель износа ОПИ. Критическая нагрузка Рк
характеризует максимальное усилие, которое выдерживают
граничные пленки смазочного материала без задира и заедания
трущихся поверхностей.
15.2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СМАЗОЧНОГО ДЕЙСТВИЯ
Основная функция антифрикционных пластичных смазок —
снижение трения между трущимися поверхностями, уменьшение
износа и предотвращение задиров, заедания и сваривания
металлических поверхностей. В соответствии с этим различают
антифрикционное, противоизносное и противозадирное действие
смазок. На практике часто используют понятие смазочная
способность, которая характеризует способность смазок (или
масел) снижать сопротивление контактируемых поверхностей
твердых тел тангенциальным силам сдвига и повышать
сопротивление сближению их под действием нормальной >нагрузкп.
Чем меньше первая составляющая и больше вторая, тем лучше
смазочная способность смазки. Иными словами, смазочная
способность — это совокупность физических и химических свойств
смазочного материала, обусловливающих уменьшение
адгезионного и механического взаимодействия трущихся поверхностей
(уменьшение силы контактной фрикционной связи).
Выделяют два основных режима трения, в условиях
которых проявляется эффективность действия смазочных
материалов,— жидкостной, или гидродинамический, и граничный. При
жидкостном режиме трущиеся поверхности разделены
непрерывным слоем (объемом) смазочного материала, а при
граничном— тонкой и ^неравномерной пленкой (от 0,1 до 0,5 мкм).
В реальных условиях обычно проявляется смешанный
характер трения, в котором сочетаются одновременно оба режима —
жидкостной и граничный.
Антифрикционное действ'ие смазок, т. е. уменьшение силы
или коэффициента трения, основано на двух, разных по
природе эффектах — объемном и граничном. В случае высокой
скорости скольжения и малых контактных нагрузок поверхности
соприкасающихся тел разделены непрерывным объемным
слоем смазочного материала и эффективность его
антифрикционного действия определяется вязкостью. При этом высокое
внешнее трение между твердыми контактными поверхностями
заменяется низким внутренним трением вязкостного течения смазки.
Выбор оптимальной вязкости зависит от режима работы узла
трения, его температуры, удельного давления и скорости
скольжения. Высокая вязкость, с одной стороны, увеличивает
несущую способность и предотвращает выдавливание смазочного
материала из зазора, с другой, — приводит к большим потерям
мощности на преодоление трения, что особенно сильно
проявляется у высокоскоростных узлов трения. Поэтому в высоконагру-
женных узлах трения тихоходных машин используют пластгп-
302

iрения
|
-^
2
1
£
3
/
/
/
Температура
Рис. 62. Зависимость коэффициента трения
от температуры для нефтяного масла с
присадками разного механизма действия:
1 — без присадок; 2 — с присадками
адсорбционного действия; 3 — с присадками, химически
взаимодействующими с поверхностью металла; 4 —
с композицией указанных выше присадок.
ные смазки, а в малонагруженных
и быстроходных узлах трения
предпочтение отдается маслам. В
условиях жидкостного режима трения
полностью предотвращается
фрикционный износ поверхностей. Однако в чистом виде такой
режим встречается редко.
При высоких нагрузках и малых скоростях скольжения, а
также при трении качения смазка из зоны контакта
выжимается, и режим гидродинамической смазки не наблюдается.
В этом случае эффективность антифрикционного действия
зависит от состава и свойств тончайшей граничной пленки,
формирующейся на поверхности твердого тела. Образование
подобных пленок — процесс самопроизвольный; он обусловлен тем,
что сила 'взаимодействия между полярными компонентами
смазки и активными участками поверхности металла намного
превосходит силу межмолекуляр'ного (межфазового)
взаимодействия этих веществ в объеме смазочного материала. В результате
на поверхности металла образуется прочная граничная пленка,
значительно уменьшающая потери энергии на трение и
механический износ деталей.
Таким образом, в основе формирования граничной пленки
смазки лежат явления адсорбции и частично хемосорбции.
Последняя проявляется в образовании на поверхности металла
различных химических соединений, которые обеспечивают более
прочную связь граничного слоя с твердой поверхностью. Если
при жидкостном трении основную роль в антифрикционном
действии играет состав базового масла (смазки), то при граничном
трении этот эффект зависит прежде ©сего от состава полярных
компонентов и специально вводимых добавок.
Термическая стойкость граничного слоя низкая: в
интервале температур 70—100 °С в результате десорбции
поверхностно-активных веществ, составляющих граничный слой,
происходит его разрушение. В связи с этим для большинства смазок
и масел с ростом температуры наблюдается увеличение
коэффициента трения (рис. 62). Однако химически активные
вещества при повышенных температурах могут взаимодействовать
с металлической поверхностью с образованием прочной
химической пленки, которая снижает коэффициент трения /. Для
сохранения постоянства величины f при высоких температурах'
Ф. Боуден предложил вводить в масла (смазки) присадки,
обладающие одновременно высокой физико-химической (адсорб-
303

ционной) и химической активностями (см. рис. 62, кривая 4).
При этом важным оказывается кинетика взаимодействия
химически активных компонентов с металлом. Например, если
скорость химического взаимодействия мала (невысокая
температура), действие присадок не проявляется; если же она слишком
велика, смазочное действие может смениться коррозией или
коррозионно-механическим износом.
В условиях граничной смазки, когда между
металлическими поверхностями существует твердый упругий контакт,
реализуемый по их микронеровностям, происходит деформация или
отрыв микрочастиц в зоне фрикционных связей («мостиков»)
отдельных микроучастков. Постепенное 'изменение размеров
соприкасающихся деталей по их поверхности в результате
внешнего трения и приводит к износу. Причиной износа
металлических поверхностей, наряду с многократным разрушением
фрикционных связей, является абразивное действие инородных
твердых частиц (абразивный износ) и химическое воздействие
некоторых соединений, содержащихся в смазочном материале
(коррозионный износ).
Износ — это явление поверхностное. Оно зависит от состава
и свойств тончайших граничных слоев смазочного материала,
а также от величины и способа нагружения узла трения,
температуры и скорости перемещения, состава среды и металла
и т. п.
Смазочная способность при граничном режиме смазки не
связана с вязкостью смазочного материала, а зависит от
сложных физических и химических процессов, протекающих -на
поверхности раздела фаз твердое тело—смазочный материал.
Она определяется образованием особого граничного слоя и
"воздействием активных компонентов смазки на поверхность
металлов. При этом, с одной стороны, на металле возникает
адсорбционный слой с его специфической структурой, а с
другой, — имеет место адсорбционное пластифицирование
поверхностного слоя металла. Этот эффект, открытый более 50 лет
назад П. А. Ребиндером и получивший название эффекта Ре-
биндера, вносит существенный вклад в смазочное действие.
Величина эффекта Ребиндера зависит от природы твердого
тела, характера деформации, напряженного состояния,
усталостных явлений и ряда других факторов. Адсорбционное
пластифицирование металлов, т. е. понижение их твердости,
распространяется на небольшую глубину и наряду с природой твердого
тела зависит от состава смазочного материала. Оно снижает
сопротивление сдвига в поверхностном слое металла как в
тангенциальном, так и нормальном направлениях. Вследствие
этого увеличивается истинная площадь контакта, снижаются
местные контактные напряжения и уменьшается сопротивление
сдвигу выступов шероховатости поверхности. Уменьшается
также толщина деформируемого в процессе трения слоя твердого
тела, что при прочих равных условиях уменьшает работу тре-
304

ния. Все указанные эффекты приводят к уменьшению трения и
износа, в количественном выражении зависящем от состава
материала и условий трения.
Граничный слой смазочного материала предохраняет металл
от разрушения лишь при невысоких температурах и нагрузках,
их кратковременном воздействии. Толщина граничного слоя
при повышении температуры вначале меняется незначительно,
но в дальнейшем в узком интервале температур она резко
сокращается и стабилизируется на низком уровне. Температура
разрушения («плавления») полимолекулярного граничного слоя
всегда ниже температуры дезориентации на металле
мономолекулярного адсорбционного слоя и температурного предела
смазочной способности.
Продолжительные и высокие нагрузки приводят к
появлению на металле царапин, схватыванию и задиру отдельных
участков его поверхности. Предотвращение задира в таких
режимах трения зависит в основном от химических процессов,
протекающих в поверхностном слое металла и приводящих к
химическому модифицированию его тонкого слоя (толщиной
до 2 мкм). Местные перегревы микроучастков поверхности,
например, температура может достигать 1000 °С и более,
ускоряют реакции между химически активными компонентами
смазки и металлом. Такими веществами в смазках являются
органические присадки, содержащие серу, хлор и фосфор. Они
образуют на поверхности металла сульфиды, хлориды и
фосфиды и препятствуют схватыванию и задиру поверхностей.
В последнее время развиваются и другие направления
получения стойких пленок, защищающих металл от износа и за-
диров. К ним относятся избирательный перенос, т. е.
формирование на поверхности металла тонких пленок меди и некоторых
других мягких металлов, и трибополимеризация. Механизм
смазочного действия может быть не связан непосредственно с
исходной смазочной способностью смазки или масла.
Смазочный материал выступает в роли носителя реагентов химической
реакции, а узел трения — как реактор, процессы в котором
регулируются составом смазочного материала, природой
трущейся поверхности и условиями трения.
Работоспособность антифрикционных смазок в узлах трения
качения зависит от совокупности процессов, протекающих в
зонах контакта смазки с телами качения и резерва смазки в
подшипнике. Она определяется скоростью расходования («сра-
батываемости») тонкого слоя смазки в рабочей зоне трения,
в которой происходит образование из дисперсионной среды
смолообразных продуктов под воздействием кислорода и кок-
сообразных продуктов без участия кислорода, а также
превращение части смолообразных веществ в коксообразные. Наряду
с этими химическими процессами на расход смазки влияют ее
потери при трении за счет испарения и растекания
дисперсионной среды по поверхности металла. Предельная степень расхо-
20—1354 305

да смазки в рабочей зоне подшипника составляет 45—50%
(это количество превращенной дисперсионной среды), после
чего происходит потеря ее работоспособности. Резервная зона
обеспечивает подпитку смазки в зону трения, во многом зави
сящей от подвижности смазок, т. е. от их объемно-механиче
ских свойств. Резерв смазки и эффективность ее использования
в подшипнике, наряду со свойствами самой смазки, зависят от
конструкции узла трения и условий эксплуатации.
Таким образом, эффективность смазочного действия
зависит от многих физических, физико-химических и химических
явлений и обусловливается процессами адсорбции и хемосорб-
ции на поверхностях твердого тела и их модифицированием.
Прочность и деформируемость поверхностных слоев металла
оказывает существенное влияние на трение и износ, и в связи
с этим не всегда максимальное снижение коэффициента трения
влечет за собой и минимальный износ поверхности.
15.3. РЕГУЛИРОВАНИЕ И УЛУЧШЕНИЕ СМАЗОЧНОЙ
СПОСОБНОСТИ
В современном транспорте и в различных видах
промышленного оборудования все шире используют тяжелонагруженные
узлы трения — зубчатые передачи, зацепления и др. Изменение
конструкций и ужесточение условий эксплуатации узлов трения
(повышенные температуры, нагрузки, ресурс работы и др.)
потребовали улучшения качества смазочных материалов и
прежде всего их смазочной способности.
При жестких режимах эксплуатации мыльных смазок,
несмотря на значительное содержание в них ПАВ, поверхностной
активности мыльных загустителей оказывается недостаточно
для образования на металле прочного и устойчивого
граничного слоя смазки. В таких случаях смазочную способность можно
улучшить за счет изменения состава дисперсионной среды,
загустителя и прежде всего введением в смазки наполнителей,
а также веществ, адсорбционно и химически более активных,
чем загустители, — противоизносных и противозадирных
присадок. Противоизносные присадки не допускают
прогрессирующего износа металла при высоких нагрузках и температурах,
а противозадирные — смягчают процесс трения и
предотвращают разрушение поверхности при повышенных нагрузках.
Противоизносные и противозадирные свойства смазок,
приготовленных на базе нефтяных масел, зависят от содержания
в маслах парафино-нафтеновых и полициклических ароматиче
ских углеводородов. Установлен оптимум содержания
ароматических углеводородов в нефтяном масле, при котором
достигаются лучшие противоизносные свойства как самих масел, так
и литиевых смазок. Использование синтетических жидкостей —•
диэфиров, полигликолей и др. и их смесей с нефтяными
маслами позволяет улучшить смазочную способность смазок. Состав
306

Интенсивность гомогенизации
Рис. 63. Зависимость противоизносных
свойств (износа) смазок, содержащих
ПАВ, от интенсивности гомогенизации:
1 — исходная смазка: 2 — смазка с 1% ПАВ;
-3 — смазка с 5% ПАВ.
дисперсионной среды заметно
влияет на эффективность
действия используемых в смазках
противоизносных и противозадир-
ных присадок.
Данные о влиянии типа и
состава загустителя на смазочную
способность смазок немногочисленны. Истинное влияние
загустителя довольно трудно выявить из-за сильного изменения
реологических свойств смазок при замене одного загустителя
на другой. Для мыльных загустителей, как правило, повышение
полярности молекул мыла способствует увеличению смазочной
способности смазок, приготовленных на нефтяных средах.
Повышение концентрации тяжелых ароматических углеводородов
и смол в дисперсионной среде сглаживает различия в
смазочной способности мыльных смазок. Влияние дисперсионной
среды ослабевает с увеличением концентрации загустителя в
смазке, которое, в свою очередь, несущественно отражается на
изменении смазочной способности. Действие мыльных
загустителей более сильно сказывается в дисперсионных средах,
обладающих низкой смазочной способностью, увеличиваясь в
ряду: диэфиры<нефтяные масла<кремнийорганические жидкости.
При прочих равных условиях .противоизносные свойства
могут быть улучшены интенсивной гомогенизацией мыльных
смазок. Введение и увеличение концентрации ПАВ (например,
стеариновой кислоты) уменьшает зависимость противоизносных
свойств смазок от интенсивности гомогенизации (рис. 63).
Аналогичная закономерность, но более четко выраженная,
проявляется для смазок, содержащих противоизносные присадки,
например англамол-99, ДФ-11.
Присадки. В смазках применяют, как правило, те же
присадки, что и в маслах. Отечественная промышленность
выпускает более 10 антифрикционных смазок, содержащих
противоизносные и противозадирные присадки:
Наименование и тип смазки
БНЗ-3, литиевая
Силикол, силикагелевая
Северол-1, литиевая
ЛС-1п, литиевая
ЛЗ-ЦНИИ, натриево-кальциевая
Смазка № 158, литиево-калиевая
20*
Присадка
(концентрация, %)
Осерненное касторовое масло (2,5%)
Осерненное касторовое масло (5%)
Противозадирная присадка (2—5%
сульфола или КИНХ-2)
Композиция противозадирных
присадок: хлорэф-40 (1,1%) и Л3-23к
(0,4%)
ДФ-П (5%)
Фталоцианин меди (2%)
307

Наименование и тип смазки (концентрация, %)
КСБ, натриевая Сера молотая (3%), медь
чешуйчатая* (10%)
Фиол-2у, литиевая Композиция до 8% присадок
(ДФ-11 + неозон Д) и наполнителей
(полиэтилен, M0S2)
ЦИАТИМ-203, литиевая Трифенилфосфат (0,5%)
Лита, литиево-углеводородная ЛЗ-318 (1,5%)
ВНИИ НП-223, комплексная натрие- Трикрезилфосфат
вая
ШРУС-4, литиевая КИНХ-2 + неозон Д (3,5%)
* Наполнитель, его вводят преимущественно в смазки, предназначенные для тяже-
лонагруженных узлов трения. В качестве присадок используют органические соединения,
в состав молекул которых входят химически активные атомы хлора, серы, фосфора и
кислорода как отдельно, так и в сочетании друг с другом.
При повышенных температурах и высоких контактных
нагрузках химически активные компоненты присадок
взаимодействуют с поверхностью металла и образуют прочную пленку,
выдерживающую высокие нагрузки и предотвращающую
задиры металлических поверхностей.
Механизм действия противоизносных присадок отличается
от механизма действия противозадирных. Он сводится к тому,
что в результате химического взаимодействия на трущихся
поверхностях образуется модифицированный слой металла,
обеспечивающий равномерное распределение нагрузки; при этом
снижаются локальные температуры и давления. Серосодержащие
присадки быстрее формируют такой слой, чем хлорсодержа-
щие, хотя при увеличении концентрации их в смазке выше
оптимальной может наблюдаться повышенный износ. В то же
время противозадирные свойства смазок, как правило,
улучшаются с увеличением концентрации присадок. При использовании
фосфора в качестве химически активного компонента присадок
улучшаются противоизносные свойства смазок по сравнению
с сероорганическими соединениями. Наилучшие результаты
получают при комбинировании нескольких активных элементов,
поскольку противозадирные свойства фосфорсодержащих
соединений невысокие.
Эффективность противоизносных и противозадирных
присадок помимо их химического состава и концентрации зависит от
состава и свойств смазки и условий эксплуатации узла трения.
Природа загустителя и дисперсной среды, присутствие ПАВ
играют существенную роль в проявлении эффективности
действия присадок. С повышением содержания тяжелых
ароматических углеводородов и смол, а также с увеличением
полярности загустителя эффект действия присадок снижается. При
одной и той же концентрации противоизносные и
противозадирные присадки, как правило, более эффективны в маслах, чем
в смазках. С увеличением концентрации загустителя
эффективность действия присадок снижается. В табл. 73 представлены
308

данные по влиянию присадок на смазочную способность
литиевых смазок, приготовленных на нефтяном масле. Как видно,
наиболее эффективными являются присадки КИНХ-2, англа-
мол-99 и сульфол. Сравнение противозадирных присадок в
маслах и смазках свидетельствует о большей эффективности их
действия в жидких средах. Для проявления действия присадок
в смазочных материалах необходим непрерывный подвод их к
поверхностям трения, что легче и в большей мере реализуется
в случае жидкого носителя. В то же время разупрочнение
смазок при механическом воздействии и хорошее распределение их
в узле трения обычно повышает эффективность действия
присадок.
Смазочная способность мыльных смазок как таковых и с
присадками зависит от содержания свободных кислот и
щелочей. В присутствии свободных органических кислот противо-
износные свойства литиевых смазок лучше, чем в присутствии
свободных щелочей. Последние могут понижать приемистость
смазок к действию противоизносных и противозадирных
присадок. Инициируют действие присадок кислородсодержащие
соединения, специально вводимые в смазки или образующиеся в
процессе их производства (применения) за счет окисления
углеводородов дисперсионной среды. Влияние продуктов окисления
на изменение противоизносных свойств литиевой смазки с
присадками показано на рис. 64. Смазочная способность смазки
без присадок низкая и практически, не изменяется при
окислении. Присадки КИНХ-2 и сульфол повышают смазочную
способность смазки значительно, однако накопление в ней
кислородсодержащих соединений понижает эффективность действия
присадки сульфола и повышает действие КИНХ-2. Связано это
с межмолекулярным взаимодействием присадок и
кислородсодержащих соединений, приводящим к синергическому или
антагонистическому эффекту.
Таблица 73. Влияние противоизносных и противозадирных присадок
на показатели смазочной способности смазок, приготовленных
на 12-гидроксистеарате лития
Присадка (концентрация)
„, Н
опи
Без присадки
Осерненный кашалотовый жир (3%)
Л3-23к (3%)
Сульфол (4%)
ДФ-11 (2,5%)
Англамол-99 (3%)
Хлорэф-40 (2%)
КИНХ-2 (3%)
Нафтенат свинца (3%)
Осерненный кашалотовый жир +
+ нафтенат свинца (2%)
560
710
890
1120,
1000
1100
1000
1100
560
710
1580
20С0
2820
2510
1780
2820
2000
2620
2510
2820
24
32
42
51
41
48
42
50
34
44
309

Концентрат я продуктоб окисления
Удельная нагрузка
Рис. 64. Зависимость смазочной способности литиевых смазок с присадками
от концентрации продуктов окисления:
/ — смазка без присадок; 2 — смазка в присутствии КИНХ-2; 3 — смазка в присутствии
сульфола.
Рис. 65. Зависимость коэффициента трения смазки ЦИАТИМ-201 от
удельной нагрузки:
/ — исходная смазка; 2— смазка + 10% порошка олова.
Таким образом механизм смазочного действия присадок
невозможно рассматривать без учета конкурентного
взаимодействия присадок (и их композиций) и полярных компонентов
смазок (масел) с поверхностью трущихся металлов.
Содержащиеся в смазочных материалах поверхностно-активные
вещества сорбируются на металлических поверхностях, затрудняя
контакт с ними присадок. Ароматические углеводороды могут
подавлять адсорбцию или хемосорбцию присадок с металлом,
сильно влияя на приемистость масел и смазок к присадкам.
Возможно также опережающее взаимодействие с поверхностью
трения содержащихся в композиции наряду с противоизносными
присадками антиокислителей, ингибиторов коррозии или
других присадок, что будет отражаться на эффективности их
действия и смазочной способности смазок.
Наполнители. Для улучшения противоизносных и противо-
задирных свойств смазок широко применяют наполнители. Они
особенно эффективны при высоких нагрузках, температурах и
скоростях перемещения трущихся поверхностей. Наиболее
распространены слоистые наполнители, имеющие кристаллическую
структуру, которая обеспечивает низкие коэффициенты трения.
Чаще в смазки вводят дисульфид молибдена M0S2 и графит,
реже — некоторые сульфиды и иодиды металлов, порошки и
оксиды металлов. Минимальное содержание наполнителя,
необходимое для заметного улучшения смазочной способности,
составляет 1—3%, что значительно больше, чем их содержание
в маслах или других видах жидких сред. Содержание
наполнителей в смазках может достигать 10—20% и даже более. В то
же время концентрация противоизносных и противозадирных
310

присадок лимитируется их воздействием на структуру смазки
(«разрешающей способностью» загустителя) и, как правило,
не превышает 5%.
Важным преимуществом наполнителей в антифрикционных
смазках по сравнению с серо- и хлорсодержащими
присадками является то, что эффект их действия проявляется как при
низких, так и при высоких температурах. В то же время для
более эффективного действия присадок необходимы
повышенные температуры. Увеличение концентрации и степени
дисперсности наполнителей повышает активность их действия.
Действие наполнителей более четко выражено в смазках,
приготовленных на маловязких маслах или в смазках с малым
содержанием загустителя. Увеличение вязкости дисперсионной среды и
повышение концентрации загустителя понижают приемистость
смазок к наполнителям. Снижение эффективности
наполнителей при увеличении вязкости и прочности базовой смазки
связано с низкой подвижностью последней в рабочих условиях.
Это создает менее благоприятные условия для поступления
наполнителя к поверхностям трения и для формирования прочной
смазочной пленки. В высокопрочных смазках наполнители
удерживаются структурой и не поступают в зону трения. Так,
введение дисульфида молибдена в литиевые смазки с целью
снижения фреттинг-коррозии оказалось неэффективным для
прочных смазок и привело к положительному результату в мягких
смазках.
Механизм смазочного действия графита и дисульфида
молибдена различен. В настоящее время общепризнано, что
принцип действия твердых слоистых смазок основан не на сдвиге,
происходящем в самих кристаллах, а на скольжении друг
относительно друга слоев продуктов, адсорбированных на
кристаллах. Смазочное действие дисульфида молибдена
объясняется как ламелярной, так и ковалентной связями кристаллитов,
возникающих за счет сильной поляризации атомов серы.
Многие алюмосиликаты — слюда, вермикулит, тальк и др., обладая
ламелярной структурой, но не имея поляризованных атомов, не
проявляют высокого смазочного действия. Важное условие
эффективности смазочного действия — хорошая адгезия к
металлу, т. е. прочные связи дисперсных частиц наполнителя с
металлом обеспечивают их высокую смазочную способность.
Эффективный способ предотвращения задира и заедания
контактных поверхностей — использование порошков мягких
металлов. При введении в смазки высокодисперсных порошков
олова, меди, цинка, свинца и железа снижается сила тренпл,
повышается нагрузка заедания и происходит плакирование
стальных поверхностей. Тонкая пленка мягкого металла,
образующаяся на твердой поверхности, обусловливает низкий
коэффициент трения во всем диапазоне нагрузок (рис. 65).
Однако при малых концентрациях металлических порошков (1—3%)
происходит сравнительно быстрый износ плакирующего слоя.
311

Таблица 74. Противоизносные и противозадирные свойства литиевых смазок
с присадками и наполнителями
Добавка
(концентрация)
Без добавок
КИНХ-2 (1%)
КИНХ-2 (4%)
MoS2 (1%)
MoS2 (4%)
КИНХ-2 (1 %) +
+ MoS2 (4%)
То же, при
интенсивной
гомогенизации
Диаметр пятна износа при
разной
1,0 кН
2,20
0,75
0,50
1,70
0,65
0,48
0,45
осевой нагрузке, ми
1,5 кН | 2,0 кН
Задир —
1,72 1,86
0,82 1,40
2,18 2,35
1,40 1,90
0,75 0,85
0,70 0,78
Рк, н
700
700
1100
700
850
1150
1250
Рс, Н
1400
2000
2300
2000
2100
2300
2400
опи
30
39
80
35
67
80
85
Дисперсность порошков (в интервале 10—100 мкм) мало
отражается на показателях смазочного действия наполненных
смазок. В отличие от сильного влияния температуры на смазочную
способность в смазках без добавок у металлоплакирующих
смазок аналогичная зависимость начинает проявляться при
температурах выше 200 °С.
Наилучшие результаты получаются при одновременном
введении в смазки наполнителей (оптимального состава, размера
частиц и концентрации) и функциональных присадок или ПАВ.
Например, введение в силикагелевые смазки одновременно с
дисульфидом молибдена присадки Л3-23к, КИНХ-2 или ЛЗ-318
заметно улучшает смазочную способность смазок и
незначительно изменяет их реологические свойства. Смазочная
способность смазок зависит от состава композиции, количественного
соотношения компонентов и природы дисперсионной среды.
В большей степени действие композиции добавок проявляется
в высокоочищенных маслах.
Совместное введение присадок и наполнителей эффективно
и в случае литиевых смазок, приготовленных загущением
нефтяного масла 10% 12-гидроксистеаратом лития. Как видно из
данных табл. 74, введение 1 % присадки КИНХ-2 (полисульфид,
до 40% серы) и 4% MoS2 привело к усилению смазочной
способности смазки без ее упрочнения. Повышение смазочной
способности в присутствии присадок и наполнителей зависит от
адсорбции присадок на наполнителе. Значительное улучшение
смазочной способности при совместном применении добавок,
по-видимому, связано с химическим модифицированием
поверхности трения присадкой и упрочнением смазочного слоя
частицами наполнителя. Сдвиг частиц наполнителя друг
относительно друга при деформации облегчается физической адсорбцией
присадок на их поверхностях.
312

15.4. СОВРЕМЕННЫЕ АНТИФРИКЦИОННЫЕ СМАЗКИ
Ассортимент антифрикционных смазок промышленного
производства превышает 100 наименований. В настоящем разделе
основные типы смазок и особенности их применения
рассматриваются в соответствии с природой и составом загустителя. Как
отмечалось, классификация смазок по типу загустителя
соответствует областям их применения: мыльные загустители и
прежде всего кальциевые, натриевые и литиевые, используют
преимущественно для приготовления антифрикционных смазок
массового назначения.
Кальциевые смазки. Самыми распространенными мыльными
смазками общего назначения являются солидолы — гидратиро-
ванные кальциевые смазки. В качестве модификатора
структуры этих смазок используют воду (2—4%)- В СССР
вырабатывают в основном синтетические солидолы, для приготовления
которых применяют фракции синтетических жирных кислот.
Готовят две марки синтетического солидола — пресс-солидол С
и солидол С, и две марки жирового солидола —
пресс-солидол УС-1 и солидол УС-2 (УС — универсальная среднеплавкая).
Жировые солидолы готовят загущением нефтяных
индустриальных масел кальциевыми мылами хлопкового масла,
саломаса и других технических жиров.
Солидолы употребляют для смазывания подшипников, а
также для смазки различных узлов трения автомобилей,
тракторов и других механизмов. Они нерастворимы в воде,
обладают высокой коллоидной стабильностью, однако не могут быть
использованы при температурах выше 75 °С и ниже минус 30 °С.
Помимо солидолов выпускают еще несколько марок гидрати-
рованных кальциевых смазок — смазка графитная УСсА,
ЦИАТИМ-208 и др.
Комплексные кальциевые смазки резко отличаются по
эксплуатационным свойствам от солидолов. Загустителями в них
служат комплексные мыла высокомолекулярных и
низкомолекулярных жирных кислот, например уксусной и стеариновой.
Главным преимуществом этих смазок перед обычными
мыльными является их высокая термостойкость: температура капле-
падения выше 200 °С (у солидолов 80—90 °С), что позволяет
использовать их при температурах до 160 °С. Они обладают
хорошими противоизносными и противозадирными свойствами,
т. е. их можно использовать в тяжелонагруженных узлах —
зубчатых передачах, различных подшипниках и др.
Комплексные кальциевые смазки отличаются также и хорошими
защитными и противокоррозионными свойствами. Недостаток этих
смазок — склонность к термоупрочнению при хранении и
применении. Готовят комплексные кальциевые смазки на нефтяных
или синтетических маслах, иногда и их смесях, загущением
мылами жирных кислот и уксусной кислоты. Выпускают
несколько марок смазок — униол-1, униол-2, ЦИАТИМ-221 и др.
313

Значительные преимущества по сравнению с гидратирован-
ными кальциевыми смазками имеют безводные кальциевые
смазки. Они обладают лучшей работоспособностью в широком
интервале температур (от —50° до +120°С), более высокой
механической и коллоидной стабильностью и постоянством
свойств в условиях хранения и применения. По сравнению с
комплексными смазками они обладают и меньшей влаго- и
термоупрочнением. Обязательным компонентом безводных
кальциевых смазок является стабилизатор структуры, в качестве
которого используют жирные кислоты, спирты, сложные эфиры
и другие ПАВ, в том числе образующиеся при производстве
смазок.
Натриевые и натриево-кальциевые смазки. По объему
производства эти смазки занимают пока второе место после гидра-
тированных кальциевых. Распространенными натриевыми
смазками являются консталины. В отличие от солидолов консталины
работоспособны при температурах до 115°С и при повышенных
температурах хорошо удерживаются в тяжелонагруженных
узлах трения. Однако натриевые и натриево-кальциевые смазки
растворимы в воде, т. е. они легко смываются с металлических
поверхностей. Консталины готовят на природных жирах —
жировые консталины УТ-1, УТ-2 (УТ — универсальная
тугоплавкая). Получают их загущением нефтяных масел натриевыми
мылами касторового масла. Натриевые смазки содержат, как
правило, значительное количество загустителя, и при низких
температурах (ниже минус 20 °С) применять их не
рекомендуется. В отечественном ассортименте насчитывается около 10
наименований натриевых смазок, преимущественно
железнодорожных.
Натриево-кальциевые смазки относятся к группе смазок на
смешанных мылах, среди которых самой массовой считается
смазка 1-13. Она готовится загущением смеси нефтяных масел
натриево-кальциевым мылом касторового масла. Смазки 1-13
и ее вариант 1-ЛЗ, отличающийся присутствием 0,5%
дифениламина, или ЛЗ-ЦНИИ (дифениламин и ДФ-11) применяют в
роликовых и шариковых подшипниках различных механизмов.
Поскольку основная чисть смешанного загустителя в этих
смазках— натриевые мыла, то по своим свойствам они аналогичны
консталинам.
Литиевые смазки. Эти смазки работоспособны в широком
интервале температур, нагрузок и скоростей; свойства их
стабильны во времени. Отличительной особенностью литиевых
смазок является сравнительно небольщое содержание загустителя
(8—12%), что при использовании низкозастывающих масел
позволяет обеспечить работоспособность смазок при
температурах до минус 50 °С. К недостаткам указанных смазок следует
отнести их низкую механическую стабильность и ограниченный
верхний температурный предел работоспособности — не выше
120—130 °С.
314

Первой литиевой смазкой, вырабатываемой и сейчас
отечественной промышленностью, была смазка ЦИАТИМ-201. Ее
готовят загущением масла МВП стеаратом лития с
добавлением 0,3% дифениламина. До недавнего времени все литиевые
смазки готовили на мылах стеариновой кислоты. Во
ВНИИПКнефтехим разработаны высококачественные смазки
для узлов трения скоростных механизмов, работающих при
высоких температурах и нагрузках — литол-24, фиол-2 (2М),
фиол-3 и др. В этих смазках в качестве жирового омыляемого
сырья используют 12-гидроксистеариновую кислоту. Литол-24
используют в качестве единой автомобильной смазки.
Алюминиевые смазки. Из алюминиевых смазок,
вырабатываемых в малых количествах и небольшом ассортименте,
можно назвать смазку АМС-1,3. Она используется в механизмах,
работающих в морской воде или соприкасающихся с ней.
Смазка АМС относится к группе защитно-антифрикционных, и ее
готовят загущением вапора алюминиевыми мылами олеиновой
и стеариновой кислот.
Алюминиевую ротационную смазку применяют для
смазывания подшипников ротационных машин. Смазку готовят путем
загущения авиационных масел стеаратом алюминия (14%).
Хорошими эксплуатационными свойствами обладают
комплексные алюминиевые смазки.
К смазкам на смешанных мыльно-углеводородных
загустителях относится смазка МС-70 (алюминиево-бариевое мыло и
церезин). Ее используют в качестве защитно-антифрикционного
материала при постоянном контакте с морской или речной
водой.
В ассортименте антифрикционных смазок, выпускаемых
отечественной промышленностью, имеются также смазки на
бариевых и цинковых мылах. Бариевые смазки обладают хорошей
стойкостью к воде и нефтепродуктам, повышенной химической
и механической стабильностью. В рулевом управлении
автомобилей ВАЗ используется комплексная бариевая смазка ШРБ-4,
отличающаяся высокими эксплуатационными свойствами.
В качестве антифрикционных используют и смазки на
неорганических загустителях — силикагелевые, бентонитовые и др.
Эти смазки характеризуются хорошими высокотемпературными
свойствами, высокой химической стабильностью и неплохими
показателями смазочного действия. К их недостаткам следует
отнести низкую защитную способность. По внешнему виду,
механическим и физико-химическим свойствам смазки на
неорганических загустителях близки к мыльным. На осажденном
гидрофобизированном силикагеле выпускают ряд смазок —
ВНИИНП-262, ВНИИНП-264, ВНИИНП-279 и др. В основном
они предназначены для высокоскоростных подшипников
качения, работающих при жестких режимах трения. Смазки эти
дорогие, и выпускают их в ограниченных количествах.
315

На гидрофобизированном силикагеле (аэросиле)
производятся антифрикционные смазки общего назначения — сиол, гра-
фитол, аэрол, силикол и др. В подшипниках качения и других
узлах трения используют бентонитовые смазки, например
ВНИИНП-226.
Наряду со смазками на неорганических загустителях
применяют и «немыльные» смазки на органических загустителях.
Наибольшее распространение в качестве загустителей таких
смазок получили пигменты — фталоцианин меди, индантрен,
изовиолантрон и др. За рубежом применяют уреатные смазки,
получаемые загущением масел алкил-, ацил- и арилпроизвод-
ными карбамида.
В антифрикционных смазках общего назначения для
улучшения смазочной способности и расширения температурного
диапазона работоспособности применяют дисульфид молибдена
и графит. Ассортимент отечественных антифрикционных смазок
(и паст) с наполнителями насчитывает около 20 наименований.
Широкое применение в качестве антифрикционных смазочных
материалов нашли как структурированные системы с низким
содержанием дисульфида молибдена — смазки ВНИИНП-242,
ВНИИНП-220, так и неструктурированные загустителем пасты,
содержащие значительное количество наполнителя — смазки
ВНИИНП-225, ВНИИНП-232.
ГЛАВА 16
КОНСЕРВАЦИОННЫЕ СМАЗКИ
Надежность и долговечность работы машин и механизмов
определяются эффективностью защиты металлических
поверхностей от коррозии. Под коррозией понимают самопроизвольное
разрушение металлов вследствие химического или
электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. Причиной
коррозии является термодинамическая нестабильность
металлов, стремящихся при хранении и в условиях эксплуатации
техники перейти в более стабильное ионное (окисленное)
состояние.
Отсутствие коррозионного воздействия на металлы и
защита их от коррозионно-агрессивных компонентов внешней
среды — это требования, которые предъявляются ко всем видам
смазочных материалов, и они особенно высоки для консерва-
ционных смазок.
Консервационные смазки по объему производства занимают
второе место после антифрикционных — около 15% в общем
объеме производства смазок. Основное назначение консерва-
цнонных смазок состоит в предохранении металлических изде-
316

лий, машин и оборудования от коррозионного воздействия
внешней среды, т. е. от атмосферной коррозии. При хранении,
транспортировании и эксплуатации металлические изделия под
воздействием влаги, кислорода воздуха, лучистой энергии и
других компонентов окружающей среды подвергаются коррозии
и разрушаются. Разрушению подвергается не просто
поверхность металла, в негодность приходят высококачественные
металлические изделия, стоимость которых порою в сотни и
тысячи раз превосходит стоимость самого металла.
Под слоем смазочного материала возможна химическая и
электрохимическая коррозия металла. Химическая коррозия —■
взаимодействие металла с коррозионно-агрессивными
компонентами среды и смазочного материала, приводящее к его
разрушению и не сопровождающееся возникновением в металле
электрического тока. Применительно к химической коррозии
говорят о коррозионных свойствах смазок (масел), т. е. о
способности смазок вызывать (коррозионная агрессивность) или
предотвращать (противокоррозионные свойства) коррозию
металлов. Скорость протекания химических процессов на
поверхности металла зависит от температуры. В связи с этим
коррозию изучают при повышенных температурах (100—200 °С).
Химической коррозии наиболее подвержены цветные металлы —
медь, свинец, магний, сплавы этих металлов и их оксиды. К кор-
розионно-агрессивным веществам по отношению к названным
металлам относятся свободные кислоты, серо-, фосфор- и хлор-
содержащие противоизносные и противозадирные присадки,
амины и др., т. е. вещества, часто присутствующие в смазках.
Как правило, химическая коррозия сопровождается
электрохимическим разрушением металла. Последнее обусловлено
наличием на поверхности металла и в смазке воды, продуктов
окисления и деструкции компонентов смазки. Применительно к
электрохимической коррозии говорят о защитных свойствах,
т. е. о способности тонкого слоя смазочного материала
защищать металл от коррозионного воздействия внешней среды.
Методы измерения и выражения коррозии металлов
разнообразны, и выбор их определяется условиями работы и
составом смазочного материала. Изучению химической и
электрохимической коррозии металлов при контакте с маслами -и
смазками, разработке путей предотвращения разрушения металлов
и улучшения защитных свойств нефтепродуктов посвящены
исследования Б. В. Лосикова, К. К. Папок, К. С. Рамайя,
Е. С. Чуршукова, Ю. Н. Шехтера и других советских ученых.
16.1. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ СМАЗОК
Методы борьбы с коррозией многообразны, но следует
отметить два основных направления: 1) создание стойких к
коррозии материалов (металлокерамика, пластические массы и др.)
317

и замена ими обычных металлов; 2) разработка эффективных1
способов защиты металлов от коррозии.
В зависимости от вида коррозии способы антикоррозионной
защиты металлов различны. Это — покрытия из более стойкогр
к коррозионному воздействию металла, например хромирование,
никелирование и т. п., электрохимические методы — анодная и
катодная защиты, электродренаж и др., защита лаками,
красками и эмалями. Определенное место среди прочих видов
борьбы с коррозией и использованием защитных покрытий
занимают смазочные материалы.
Защитные смазочные материалы обладают следующими
преимуществами перед другими видами защитных покрытий:
1) более низкая стоимость, чем стоимость лаков, красок и
тем более металлических покрытий;
2) легкость нанесения и удаления с изделий;
3) возможность использования добавок (ингибиторов
коррозии и др.), резко повышающих защитную эффективность;
4) нанесение на металлические поверхности без
специальной их подготовки, что необходимо в случае использования
лаков и красок.
В качестве консервационных смазочных материалов
применяют жидкие и пластичные продукты — мастики, консерваци-
онные масла, пленкообразующие ингибированные нефтяные
составы (ПИНС) и пластичные смазки. Несмотря на широкое
распространение консервационных пластичных смазок, они
имеют и ряд недостатков, одним из которых является большая
трудность нанесения и удаления их с защищаемых
поверхностей по сравнению с жидкими материалами. Чтобы нанести
или удалить смазку, зачастую приходится разбирать механизм,
что осложняет и удлиняет консервацию и расконсервацию
изделий. Кроме того, углеводородные смазки имеют низкую
защитную способность в тонком слое. В отличие от них
ингибированные жидкие продукты — консервационные масла
обладают высокой защитной эффективностью при толщине слоя
менее 50 мкм.
Наиболее перспективные консервационные нефтяные
материалы— смываемые ингибированные покрытия (ПИНС),
наносимые на металлические поверхности путем разбрызгивания
в растворе растворителей. В состав ПИНС входят загустители,
масла и ингибиторы коррозии. После испарения растворителя
(бензина, уайт-спирита и др.) тонкая ингибированная пленка,
аналогичная по составу и свойствам пленке пластичных
смазок, обеспечивает высокую эффективность защитного действия.
При правильном подборе и нанесении консервационных
материалов они препятствуют прониканию к металлической
поверхности коррозионно-агрессивных веществ, влаги и кислорода
воздуха, тем самым предотвращают коррозию длительное
время—в течение 10—15 лет.
318

Коррозия металла под слоем смазочного материала зависит
от природы металла и состояния его поверхности (чистоты,
наличия и характера поверхностных пленок, предварительной
подготовки и т. п.), состава и свойств смазочного материала
и окружающей среды. В этой связи выделяют смазочные
материалы для наружной консервации и для внутренней
противокоррозионной обработки поверхностей. В последние годы для
внутренней защиты от коррозии элементов двигателя,
гидроприводов, трансмиссий и других узлов все чаще применяют
нефтепродукты с улучшенными защитными свойствами. К ним
относятся рабоче-консервационные топлива, масла, смазки и
технические жидкости.
Для тога чтобы смазка длительное время надежно
предохраняла металл от коррозии, она должна обладать:
1) инертностью по отношению к металлическим
поверхностям;
2) малой проницаемостью для коррозионно-агрессивных
компонентов;
3) высокой водостойкостью;
4) хорошей адгезией в широком температурном диапазоне;
5) высокой химической и коллоидной стабильностью.
Остановимся подробнее на физическом смысле
сформулированных выше требований к консервационным смазкам.
Под инертностью по отношению к металлическим
поверхностям понимают то, что смазки и компоненты, входящие в их
состав, не должны сами вызывать коррозии защищаемого
изделия, т. е. они должны обладать противокоррозионным
действием. Если смазки не обладают достаточно высокими
противокоррозионными свойствами, они не только не смогут сами
защищать металл, но и будут дополнительно вызывать его
коррозию.
Тонкий слой смазки должен изолировать поверхность
металла от действия коррозионно-агрессивных компонентов
внешней среды, которые способны проникать через этот слой.
Проницаемость слоя зависит от толщины, температуры и
концентрации коррозионно-агрессивных веществ. При прочих равных
условиях пластичные смазки обладают лучшим изоляционным
действием по сравнению с жидкими консерваццонными
материалами именно в силу их значительно меньшей
проницаемости. Увеличение предела прочности смазок способствует
уменьшению водо- и воздухопроницаемости, улучшает их защитные
свойства.
Под водостойкостью понимают способность смазок не
растворяться и не смываться водой, не эмульгировать и
минимально изменять свои свойства при попадании в них воды.
Водостойкость смазок зависит от растворимости ее компонентов в
воде. Наибольшей растворимостью в воде обладают натриевые
мыла и натриевые смазки; углеводородные смазки отличаются
наименьшей растворимостью в воде.
319

Адгезия смазок имеет важное значение для оценки
способности их удерживаться на наклонных металлических
поверхностях, не сползать под действием собственной массы и не оголять
защищаемые поверхности. Сползание смазок — результат
повышения концентрации жидкой среды у поверхности металла, что
существенно облегчает сдвиг смазки. Сползание происходит
при значительно более низких температурах, чем температура
каплепадения смазки. Например, температура каплепадения
смазки ГОИ-54п —60 °С, а температура сползания —40 °С.
Иногда сползанию предшествует появление трещин и разрыв
слоя, затем происходит сползание всего слоя и оголение
поверхности.
Коррозионные свойства смазок определяются составом и
химической стабильностью. Низкая стабильность смазок к
окислению приводит к образованию продуктов, вызывающих
сильную коррозию металлов (низкомолекулярные кислоты, перок-
сиды и др.)- Щелочные смазки, хотя и проявляют инертность
к стальным поверхностям, но могут вызывать коррозию
цветных металлов. Химическое взаимодействие металла со
смазочным материалом определяют по изменению внешнего вида
металлической поверхности и по накоплению в смазке металла.
Важную роль при изучении защитных и коррозионных
свойств смазок играет выбор методов испытаний. Методы
измерения и способы выражения коррозии разнообразны и
зависят от исследуемого защитного материала — металлические
или неметаллические покрытия.
Коррозионная активность смазок определяется при
выдерживании в объеме смазки металлических пластин при
температуре 100 °С в течение 3 и более часов. Коррозионное
поражение поверхности пластины оценивают визуально и выражают
по 10-ти балльной шкале: 0 баллов — отсутствие изменения
цвета пластин, 10 баллов — потемнение всей поверхности
пластины.
Общепринятыми методами оценки защитных свойств
смазочных материалов в условиях развития электрохимической
коррозии являются испытания в коррозионных камерах,
имитирующих хранение и эксплуатацию металлических изделий в
разных условиях. Например, термовлагокамера Г-4 имитирует
тропические условия, камера агрессивной среды (диоксид серы)
имитирует воздух промышленных районов; существуют также
камеры солевого тумана, искусственной погоды, озонирования
и др. Оценку коррозии проводят визуально по состоянию
поверхности пластин и изменения выражают в процентах
коррозионного поражения пластин. Такая оценка коррозии
несовершенна.
Коррозионное поражение металла под слоем смазки
оценивают по скорости перехода ионов железа в объем смазки —
экстракция соляной кислотой. Реже применяют другие способы
оценки, такие, как изменение механических свойств образцов
320

в результате коррозии, изменение отражательной способности,
металла, электрического сопротивления образцов, глубины
проникания продуктов коррозии (оценка рельефа), определение
времени до появления первого очага коррозии или числа
очагов коррозии за данный промежуток времени.
При проведении коррозионных испытаний важное значение
имеют толщина и равномерность слоев на поверхности пластин.
Выбор толщины слоя смазки определяется методом
коррозионных испытаний. Она составляет, как правило, 10—20 мкм
(в камере SO2 — 50 мкм).
При изучении защитных свойств смазочных материалов
широкое распространение получили электрохимические методы.
Это — измерение электродных потенциалов, снятие
поляризационных кривых гальваническими и потенциостатическими
методами, измерение силы тока, возникающего между двумя
электродами и др., а также измерение электрического сопротивления
и емкости (импеданса) пленок, определение их пробивного
сопротивления. О скорости электрохимических реакций судят по
поляризационным кривым, выражающим зависимость между
смещением потенциала электрода и плотностью протекающего
через него тока (гальваностатический метод). Образование на
металле хемосорбционных соединений четко проявляется по
изменению работы выхода электрона из металла, обусловленного
электрическим взаимодействием между металлом и
адсорбирующимся веществом.
16.2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ
В общем процессе коррозионного разрушения металла доля
электрохимической коррозии значительна, что связано с ее
большей скоростью по сравнению со скоростью химической
коррозии. Для протекания электрохимической коррозии
необходимо наличие на поверхности металла электролита —
водного раствора солей, щелочей или кислот, способного проводить
ток.
Металлическая поверхность всегда электрохимически
неоднородна, что обусловлено многими причинами; отдельные
участки поверхности имеют разность электродных потенциалов.
Участок с меньшим электродным потенциалом в контакте с
электролитом становится анодом, а с более положительным
электродным потенциалом — катодом. На аноде ионы металла
из кристаллической решетки переходят в электролит в виде
гидратированных положительно заряженных ионов, при этом
образуются свободные избыточные электроны, остающиеся на
анодных участках. Таким образом анодный участок заряжается
отрицательно (рис. 66). Под воздействием электронов на
катоде происходит восстановление ионов водорода с образованием
молекул водорода или ионизация кислорода с образованием
21—1354 321

Рис. 66. Схема электрохимической
коррозии металла:
пт / — анодный участок; /7 — катодный
М +тИ2О Н2 4ОН~ участок.
] или |
* — 2Н2о + О2— ОН-ионов (процесс идет с
поглощением кислорода).
Общая скорость коррозии
пё определяется скоростью то-
—-— ^ го процесса, который
протекает наиболее медленно.
Слой смазочного материала, нанесенный на поверхность
металла, изменяет характер протекания анодного и катодного
коррозионных процессов. В общем случае защитный эффект
действия смазок (как и пленок других консервационных
материалов) характеризуется двумя составляющими:
1) изоляционная составляющая определяется механической
изоляцией поверхности металла от влаги и кислорода воздуха
слоем смазки, нанесенной на металл;
2) поляризационная составляющая определяется
торможением электрохимических процессов коррозии за счет адсорбции
и хемосорбции компонентов смазки (прежде всего, ингибиторов
коррозии) на металле.
Изоляционная составляющая защитного эффекта смазок
(механическая преграда воздействию на металл коррозионных
компонентов среды) зависит от толщины слоя смазки, газо-,
паро- и водопроницаемости этого слоя и от его
гигроскопичности. Эти показатели связаны со структурой, реологическими
и адгезионными свойствами смазок, а также с теми
изменениями, которые происходят в объеме смазки под воздействием
окружающей среды. При удалении слоя смазки механический
барьер нарушается и изоляционная составляющая защитного
эффекта исчезает. Поэтому существенны сплошность пленки
(отсутствие ее растрескивания), отсутствие смываемости
смазки дождем и сползание ее с металлической поверхности.
Однако для большинства смазок паро- и влагопроницае-
мость их слоев любой толщины (до 3—5 мм) велика, что
обеспечивает свободное протекание электрохимической коррозии
под слоем смазки. Многие мыльные смазки — ЦИАТИМ-201,
ЦИАТИМ-221 и др. — весьма гигроскопичны; они могут
впитывать и пропускать воду в количествах на несколько порядков
больше, чем необходимо для протекания коррозионных
процессов. Кроме того, на поверхности металла всегда присутствует
адсорбционная вода, приводящая к коррозии, и неингибиро-
ванные смазки не способны вытеснять эту воду с поверхности
металла.
Эффективность торможения коррозионных процессов под
тонким слоем смазки определяется сопротивлением току
коррозии, возникающим в результате анодной или катодной
поляризации металла. Работами Ю. Н. Шехтера с сотрудниками
322

установлено, что преимущественное торможение коррозии
обусловлено химической и концентрационной поляризацией анода
пли катода. При оценке защитной эффективности смазок, как
и в случае масел, изоляционная составляющая не имеет
решающего значения. Поляризация под слоем смазки вызывается
объемными затруднениями протекания электрохимических
реакций и образованием адсорбционных и хемосорбционных
пленок на поверхности металла. Торможение электрохимических
реакций за счет структуры (объема) смазки зависит от ее
состава и реологических свойств, от толщины слоя смазки и
условий эксплуатации и хранения металлоизделий.
К факторам, обусловленным действием объема смазки и
тормозящим электрохимическую коррозию, относятся: 1)
химическая поляризация анода (затруднение растворения анодного
металла в дисперсионной среде); 2) концентрационная
поляризация анода (повышение концентрации ионов металла
непосредственно у поверхности анода вследствие затруднения
диффузии этих ионов в плотный слой смазки); 3) химическая
поляризация катода (торможение процесса за счет трудности
взаимодействия деполяризатора с электроном); 4)
концентрационная поляризация катода (затруднение подвода к катодной
поверхности деполяризатора и отвода от поверхности
продуктов восстановления деполяризатора). Решающее значение для
торможения коррозионных процессов имеют концентрационная
и химическая анодная поляризация, связанные с трудностью
гидратации ионов металла и их отводом в глубь смазки.
Для мыльных смазок следует учитывать возможность
протекания на поверхности металла обменных химических
реакций. Они могут осуществляться в условиях граничного трения
при наличии на металле избытка электронов и ионов, под
воздействием электролита, т. е., как правило, в условиях
смешанной электрохимической и химической коррозии. Отводить ионы
и усиливать химическую и электрохимическую коррозии могут
присутствующие в смазке свободные кислоты и другие корро-
зионно-агрессивные вещества, образующиеся как гГри
производстве, так и при применении смазок.
В случае свободного протекания анодного процесса общую
скорость коррозии лимитирует катодная реакция. Скорость
последней в свою очередь зависит от условий подвода
деполяризатора — кислорода — и возможности отвода продуктов
восстановления деполяризатора — ионов ОН~ при кислородной
деполяризации.
Вторая причина высокого поляризационного сопротивления,
возникающего под слоем большинства смазок, — образование
на поверхности металла адсорбционных и хемосорбционных
защитных пленок за счет присутствия в них ПАВ. Неингибиро-
ванные углеводородные смазки (без учета их окисления и
образования ПАВ) не дают таких пленок, и поляризационное
сопротивление определяется только объемными затруднениями.
21* 323

Толщина слоя смазки
Рис. 67. Зависимость защитных свойств
(коррозия) смазок разного состава от
толщины слоя:
/ — смазки без присадок на парафино-нафте-
новом и ароматизированном маслах; 2 —
защитная смазка с 5% ингибитора коррозии.
Ингибированные масла
вызывают поляризацию благодаря хе-
мо)сорбционным и
адсорбционным эффектам. Защитная
эффективность мыльных смазок,
содержащих ПАВ и ингибиторы
коррозии, может объясняться как адсорбционно-хемосорбцион-
ным, так и объемным действием. Превалирование того или
иного эффекта зависит от состава и концентрации содержащихся
в смазке поверхностно-активных веществ, полярности металла,
температуры, механической нагрузки и других факторов.
Однако присутствие в смазке ПАВ и даже ингибиторов
коррозии еще не означает, что эти вещества обязательно будут
проявлять свои поверхностные свойства (рис. 67).
Механизм защитного действия смазок разного состава
различен. Высокое поляризационное сопротивление под слоем
углеводородной смазки, не содержащей поверхностно-активных
компонентов, создается за счет концентрационной анодной
поляризации. Чем толще слой смазки, тем более затруднен отвод
ионов металла в глубь смазки. Именно поэтому неингибирован-
ные углеводородные смазки — технический вазелин, пушечная
смазка — защищают металлы от коррозии только в толстом
слое. Ингибиторы коррозии улучшают защитную способность
тонких слоев углеводородной смазки, повышая
поляризационную составляющую защитного эффекта. Последнее
подтверждается тем, что при повышении концентрации ингибитора
коррозии сукцинимида мочевины (СИМ) количество железа,
перешедшего в смазку при коррозионных испытаниях в термо-
влагокамере Г-4, снижается (табл. 75).
Мыльные смазки тормозят процессы электрохимической
коррозии за счет образования хемосорбционных и адсорбционных
защитных пленок поверхностно-активными загустителями. Кон-
Таблица 75. Состав смазки и количество перешедшего в нее железа
(мг/см2)

Концентрация СИМ в
смазке, %
0
1
5
Число циклов испытания
2
65
50
31
10
25
67 109
56 68
44 48
50
136
79
52
324

Таблица 76. Защитные и коррозионные свойства смазок
Тип смазки
-Литиевая
Комплексная
кальциевая
Углеводородная
Силикагелевая

Коррозионная
агрессивность,
баллы
2
3
1
1
Защитные свойства,
% пораженной
поверхности
и
iepa
ft.
3
б
со
ера
2
га
2 45
5 40
3 15
70 95
с.
§1
га tsj
« о
35
35
7
95

Относительное
поляризационное
и омическое

сопротивления, %
и
Е
О
и
о
о
78,2 90,5
78,1 91,7
88,1 96,5
45,0 56,0
Смыва-
емость,
%
3,7
13,9
0,3
3,3
центрационная анодная поляризация в данном случае играет
меньшую роль, о чем свидетельствует сравнительно высокая
проницаемость смазки для ионов металла. Ингибиторы
коррозии повышают защитную способность смазки благодаря
образованию более прочных хемосорбционных защитных пленок
и снижению проницаемости слоя смазки для ионов металла.
Мыльные смазки, как правило, гигроскопичны, впитывают и
пропускают воду. При отсутствии хемосорбции и адсорбции
электролит мог бы непосредственно контактировать с
металлической поверхностью, и коррозионные процессы развивались
бы беспрепятственно.
Смазки на неорганических загустителях и, в частности, си-
ликагелевые не образуют на поверхности металла прочные
защитные пленки и не препятствуют проницаемости ионов
металла, поэтому они плохо защищают металлы от коррозии.
Сравнительная оценка защитных *и коррозионных свойств
смазок разного типа, приготовленных на масле С-220 (табл. 76),
свидетельствует о том, что лучшей способностью защищать
металлы в условиях электрохимической коррозии обладают
литиевые и углеводородные смазки.
В заключение отметим, что некоторые смазки, обладая
хорошим защитным действием, могут иметь высокую
коррозионную активность. Например, смазки на основе синтетических
жирных кислот и с добавкой некоторых ингибиторов коррозии,
защищая металл от коррозии в тонкой пленке, сами вызывают
химическую коррозию меди, бронзы, свинца и других металлов
при высоких температурах. Вместе с тем некоторые серо- и
фосфорсодержащие противокоррозионные присадки, снижая
коррозионную активность смазочных материалов, ухудшают их
защитные свойства.
325

16.3. РЕГУЛИРОВАНИЕ И УЛУЧШЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ
Основное направление улучшения защитных и коррозионных
свойств смазок, как и смазочной способности, — подбор
оптимального состава компонентов и прежде всего добавок. В то
же время известно, что пластичные смазки на 80—90% состоят
из дисперсионной среды и влияние ее на свойства смазок
очевидно.
Дисперсионная среда. Прежде всего следует рассматривать
химическую природу дисперсионной среды, поскольку ее
влияние на защитные свойства смазок значительно. Присутствие
ароматических углеводородов в оптимальных концентрациях
в дисперсионных средах улучшает защитные свойства смазок
в тонком слое, что позволяет считать нецелесообразным
использование в производстве консервационных смазок высокоочи-
щенных масел. Состав дисперсионной среды смазок влияет на
смываемость и температуру сползания. Независимо от типа
загустителя смазки, приготовленные на экстрактах селективной
очистки (продукты с наибольшим содержанием ароматических
углеводородов), имеют в 2—3 раза меньшую смываемость и
более.высокие температуры сползания, чем смазки на высоко-
очищенных дисперсионных средах.
При жестких режимах эксплуатации машин и механизмов
используют смазки на синтетических жидкостях и их смесях
с нефтяными маслами. Как правило, такие смазки применяют
в закрытых подшипниках, работающих при высоких
температурах и значительных контактных нагрузках; их не меняют в
течение всего срока эксплуатации оборудования. Для смесей
синтетических жидкостей (диэфиры) и нефтяного масла
установлено синергическое повышение способности защищать
металлы в условиях электрохимической коррозии (рис. 68). Эти
смеси способны образовывать
более прочные защитные
адсорбционные пленки. При
повышении в смеси
концентрации полярного компонента
сверх оптимальной энергия
связи компонента с водой
становится выше, чем энергия
связи с металлом, и вода
вытесняет ПАВ с поверхности
металла.
Состав дисперсионной сре-
Рис. 68. Защитная способность
смесей синтетических жидкостей с
нефтяными маслами (масло С-220):
/ — диоктилсебацинат; 2 —.эфир пента-
эритрита и фракции синтетических
жирных кислот Се—С8; 3 — кремнийорганиче-
ская жидкость ПЭС-5.
0 25 50 75 100
Содержание синтетической жидкости t%
326

Таблица 77. Защитные и коррозионные свойства
с различными загустителями
Тип смазки
Коррозионная
агрессивность, баллы
концентрация
загустителя, %
0
5
10
15
25
смазок
Защитные свойства в
камере Г-4, %
коррозионного поражения
концентрация
загустителя, %
0
5
10
15
25
Литиевая
Комплексная
кальциевая
Углеводородная
1 1
1 2
1 1
2
3
1
3
3
1
3
3
1
100
100
100
10
15
35
2
5
20
2
5
9
1
3
3
ды влияет не только на защитные свойства смазок, но и на
эффективность применяемых ингибиторов коррозии. В
зависимости от полярности масла (содержания в нем смол,
полициклических ароматических углеводородов или синтетических
компонентов) эффективность ингибиторов изменяется, как
правило, экстремально.
Дисперсная фаза. Защитные и коррозионные свойства
смазок во многом зависят от состава загустителя. В качестве
загустителя в консервационных смазках наибольшее
распространение получили твердые углеводороды. Углеводородные смазки
нерастворимы в воде и мало проницаемы для ее паров, имеют
высокую химическую стабильность. С повышением
концентрации загустителя улучшается защитная способность смазок и
одновременно увеличивается коррозионная агрессивность для
мыльных смазок (табл. 77).
Во всех случаях увеличение концентрации загустителя
снижает смываемость смазок и повышает температуру их
сползания. Существенное влияние на защитные и коррозионные
свойства оказывает катион мыльного загустителя.
Данные табл. 78 свидетельствуют о том, что катион
мыльного загустителя определяет коррозионную агрессивность и
защитную способность смазок. Низкими защитными
свойствами обладают натриевые смазки, в условиях химической
коррозии вызывающие сильное потемнение латуни и хуже других
предотвращающие электрохимическую коррозию. Наилучшими
защитными свойствами обладают смазки на гидрофобных
мылах — алюминиевые и кальциевые, которые приближаются в
этом отношении к некоторым углеводородным смазкам.
В целом мыльные смазки в тонком слое (до 100 мкм) плохо
защищают металл от коррозии, так как не образуют прочных
хемосорбционных слоев, а адсорбционные пленки со
значительными когезионными силами легко разрушаются электролитом.
При нанесении смазок на металл слоем 500 мкм и выше
защитные свойства хотя и существенно улучшаются, но их также
нельзя считать удовлетворительными для длительной защиты
327

Таблица 78. Защитные и коррозионные свойства смазок, приготовленных
на стеаратах различных металлов
Метод, показатель
Дождевание в приборе форсуночного
типа (40 °С, сталь 45, 10 сут)
масса смытой смазки, %
коррозия, баллы
Защитные свойства в камерах, %
Г-4
SO2
морской воды
Время до начала коррозии после
удаления слоя смазки,* мин
сталь 45
бронза
магниевый сплав
Коррозионная агрессивность, баллы
Относительные поляризационное и
омическое сопротивления, %
ОПС
оос
* Испытание в термовлагокамере Г-4;
Li
65
4
2
45
35
10
25
2
78,2
90,7
Катион
Na
90
10
25
100
80
мыльного загустителя
Са
68
8
2
65
45
Mg
41
1
5
60
50
Отсутству
5
5
8
72,3
83,5
5
10
5
69,7
79,6
5
10
2
77,2
90,2
выдержка пластин под слоел
время до начала коррозии на контрольных чистых пластинках
из бронзы — 40 мин, магниевого сплава — 10 мин.
Ва
70
8
6
60
45
ет
10
25
3
78,0
89,0
А1
15
1
0
15
2
15
20
2
77,8
84,1
[ смазки 48 ч
из стали 45 —
20 мин
металлов от коррозии, за исключением стеарата алюминия.
В меньшей степени на защитные свойства мыльных смазок
влияет строение аниона молекулы мыла.
Надежная и длительная защита металлов от коррозии
обеспечивается введением в.смазки добавок и прежде всего
ингибиторов коррозии и противокоррозионных присадок и их
композиций с наполнителями.
Присадки. Вводимые в смазки ингибиторы коррозии
препятствуют протеканию электрохимических процессов на
поверхности металла под воздействием внешней среды, а
противокоррозионные присадки не допускают химического воздействия
коррозионно-агрессивных компонентов смазки на поверхность
металла. Выбор присадок зависит от многих факторов, среди
которых важными являются условия применения смазок, состав
металла и др. Для защиты черных металлов от химической
коррозии используют сульфиды и дисульфиды. Для защиты
свинца от действия аминов или свободных органических кислот
применяют фосфиты и диалкилдитиофосфаты, для защиты меди
медных сплавов — производные бензотриазола и меркаптобен-
зотриазола. Противокоррозионные присадки, защищающие
металл от химической коррозии, в условиях электрохимических
процессов могут усиливать коррозию металла.
Ингибиторы коррозии металлов подразделяют на
водорастворимые, водомаслорастворимые и маслорастворимые.
Использование водорастворимых ингибиторов коррозии в смазках не
328

перспективно, поскольку они проявляют свои защитные
свойства только при диссоциации в электролите, причем при
недостаточной концентрации эти вещества могут активизировать
коррозию.
Гидрофильная часть молекул водомаслорастворимых
ингибиторов коррозии обеспечивает растворимость в воде, а
гидрофобная (углеводородная часть) — растворимость в нефтяных
маслах. К этой группе относятся среднемолекулярные
нефтяные сульфонаты, соли моно- и триэтаноламина с олеиновой
кислотой или синтетическими жирными кислотами, натриевая
соль окисленного петролатума, продукты реакции моноэтанол-
амина с двухосновной кислотой (янтарной, терефталевой, себа-
циновой и др.). Маслорастворимые ингибиторы коррозии не
растворяются и не диссоциируют в воде. Помимо разветвленного
углеводородного радикала значительной молекулярной массы
они часто содержат гидрофобные активные группы. В качестве
ингибиторов этого типа используют различные соединения:
высокомолекулярные карбоновые кислоты, сложные эфиры и
спирты, металлические соли карбоновых кислот, алкиларил-
сульфонаты, соединения со свободной аминогруппой, аминовые
соли и амиды, производные сульфокислот, соединения аминов
с галогеносодержащими соединениями, гетероциклические
соединения с азотом в кольце и др.
Маслорастворимые ингибиторы коррозии условно делят на:
1) ингибиторы анодного действия, 2) ингибиторы катодного
действия и 3) ингибиторы экранирующего действия. Первые
обладают электронно-донорными свойствами по отношению к
данному металлу, например нефтяные сульфонаты, образующие
хемосорбционные соединения на анодных участках металла.
Ингибиторы катодного действия обладают
электронно-акцепторными свойствами; это — органические маслорастворимые
амины, амиды, катионоактивные ПАВ, несущие на себе
положительный заряд. Взаимодействие ингибиторов экранирующего
действия с металлом определяется силами Ван-дер-Ваальса
(физической адсорбцией); к этим веществам относятся
окисленный петролатум, фракции синтетических.жирных кислот.
Концентрация ингибиторов коррозии в смазках значительно
(в 2—10 раз) выше их концентрации в маслах. Это связано с
условиями применения смазок и особенностями их структуры
и состава (адсорбцией присадок на частицах загустителя).
Однако ассортимент присадок, используемых в настоящее
время при производстве смазок, ограниченный.
Торможение электрохимической коррозии смазками, которые
содержат маслорастворимые ингибиторы коррозии, зависит от
свойств и концентрации присадок, полярности металла,
температуры, механических воздействий и удельных нагрузок.
Введение в смазки ингибиторов коррозии еще не означает, что они
будут обязательно проявлять свою активность. Важным
является соотношение энергией взаимодействия добавки с компо-
329

Таблица 79. Влияние добавок и их композиций на защитные свойства смазок
Добавки
Защитные свойства
(сталь 45), %
М
Влаго-
прони-
цаемость,
мг/см2

Проницаемость
для ионов
Си+,
г/см2
опс, %
ООС, о/о
Углеводородные смазки (25% церезин-80)
Без добавок
MoS2
АКОР-1
MoS2, АКОР-1
Без добавок
MoS2
АКОР-1
MoS2, АКОР-1
5
20
0
0
80
100
40
10
Литиевые
35
35
5
0
15
5
1
0
100
100
6
5
смазки
40
25
0
0
14
29
8
6
(10%
22
28
10
14
0,8
1,7
0
0
стеарата лития)
12,3
7,2
0,9
0,6
94,0
96,0
97,2
98,1
48,4
80,0
93,0
97,0
63,0
50,0
96,0
96,3
24,0
74,0
64,0
90,0
нентами смазки и с поверхностью металла. Ингибитор коррозии
адсорбируется в данной среде на металле лишь при условии,
что разность энергий связи ингибитора с металлом и со средой
будет больше нуля.
Влияние присадок на защитную способность смазок зависит
от эффективности связывания или вытеснения воды с
поверхности металла при контакте со смазочным материалом, а
также от образования .на металле ингибиторами коррозии и
другими добавками адсорбционных и хемосорбционных пленок.
Возможны следующие механизмы защитного действия
ингибиторов коррозии и других поверхностно-активных веществ:
1) ингибирование коррозионного процесса за счет торможения
анодной или катодной реакции; 2) блокирование продуктов
реакции и торможение процесса за счет накапливания их в
зоне реакции; 3) механическое экранирование или изоляция
поверхности металла от коррозионно-агрессивных продуктов
среды; 4) связывание (химическое или адсорбционное)
агрессивных продуктов коррозии в объеме смазки.
Защитные свойства смазок можно улучшить путем выбора
оптимального состава дисперсионной среды и загустителя,
введением модификаторов структуры и прежде всего
использованием в смазках ингибиторов коррозии и их оптимальным
сочетанием с наполнителями. Наиболее эффективно совместное
введение в них ингибиторов коррозии и наполнителей (табл. 79).
Их одновременное присутствие в смазках усиливает адсорбци-
онно-хемосорбционные процессы на металле и обеспечивает
проявление разных механизмов действия добавок. Полярные
ингибиторы коррозии формируют на поверхности металла ад-
330

'Сорбционные и хемосорбционные пленки, увеличивая
поляризационную составляющую защитного эффекта. Наполнители
тормозят развитие электрохимической коррозии металла за счет
взаимодействия с коррозионно-агрессивными продуктами в
объеме смазки и концентрационной поляризации анода
(затруднений отвода ионов металла в объем смазочного материала).
16.4. СОВРЕМЕННЫЕ КОНСЕРВАЦИОННЫЕ СМАЗКИ
Ассортимент консервационных смазок значительно уступает
ассортименту антифрикционных. Наибольшее распространение
получили углеводородные смазки. Низкая температура
плавления углеводородных смазок (40—75°С) позволяет наносить их
на поверхность в расплавленном виде путем окунания в
расплав смазки деталей или методом распыления. Смазки после
охлаждения на поверхности металла восстанавливают
структуру и свойства. Изменяя температуру расплава, можно
регулировать толщину слоя смазки на металлической поверхности.
Смазки наносят также на защищаемую поверхность при
помощи кисти. Предварительно изделие очищают от следов
коррозии, жировых и прочих загрязнений. Используют механическую
зачистку и обработку поверхности растворителями.
К углеводородным консервационным смазкам относятся
смазки ПВК, ГОИ-54п, пушечная (УНЗ), вазелин технический
волокнистый ВТВ-1, ВНИИСТ-2 и др. Рецептура и области
применения некоторых распространенных консервационных
смазок приведены ниже.
ПВК представляет орбой сплав петролатума ПК (60—70%),
церезина марки 75 (4%), присадки МНИ-7 (1%) и вязкого
цилиндрового масла (остальные до 100%). Ее применяют для
консервации наружных и внутренних поверхностей деталей и
узлов механизмов на длительное хранение. Хорошие
эксплуатационные свойства (высокая водостойкость и стабильность,
низкая испаряемость и др.) позволяют применять смазку ПВК
для защиты металлических изделий от коррозии в течение
10 лет. Недостатком этой смазки является потеря подвижности
при температуре ниже —10 °С.
ГОИ-54п готовят загущением масла МВП (23%) церезина
марки 75 или 80 с добавкой присадки МНИ-7 (1%).
Используют смазку для защиты от коррозии механизмов машин и
приборов, работающих на открытом воздухе. При низких
температурах смазка сохраняет работоспособность до —50 °С,
однако, как и большинство углеводородных смазок, ее не
рекомендуется использовать при температурах выше 50 °С.
Смазку ВТВ-1 готовят на маловязких индустриальных
маслах загущением смесью церезина и парафина с добавлением
полиизобутилена (0,2%) и присадки МНИ-7 (0,15%).
Применяют смазку в автомобильной промышленности для смазывания
клемм аккумуляторов. Эта смазка отличается от смазки ПВК
331

лучшими низкотемпературными свойствами. Для автомобилей
смазку ВТВ-1 выпускают в аэрозольной упаковке, что
позволяет наносить ее тонкими слоями путем распыления из
баллончика.
ВНИИСТ-2 — полужидкая углеводородная смазка,
предназначенная для защиты от коррозии наземных трубопроводов.
В состав смазки входят наполнители и консервационное масло
НГ-204у. Она отличается высоким защитным действием при
низких температурах.
Удовлетворительные защитные свойства имеют и некоторые
мыльные смазки. Наряду с углеводородными в качестве кон-
сервационных материалов находят применение мыльные
смазки АМС-1 и АМС-3, МС-70, ЗЭС и др. Использование мыльных
загустителей значительно расширяет температурные пределы
применения консервационных смазок.
Смазки АМС готовят загущением цилиндрового масла
алюминиевыми мылами стеариновой и олеиновой кислот (12% для
АМС-1 и 20% для АМС-3). Их используют как
антифрикционные смазки, обладающие высоким защитным действием, в
условиях прямого контакта механизмов морских судов с морской
водой. Смазки имеют высокую липкость и водостойкость.
Смазку ЗЭС применяют для защиты линий электропередач
и другой высоковольтной аппаратуры от коррозии. Ее готовят
загущением вязких масел смесью алюминиевых мыл
синтетических жирных кислот и петролатума.
Особую группу консервационных пластичных смазок
составляют канатные смазки — 39у, БОЗ-1, торсиол-35, торси-
ол-55, Е-1 и др. Они занимают промежуточное положение
между консервационными и антифрикционными смазочными
материалами. Канатные смазки предназначены для защиты
стальных канатов и тросов от коррозии во время их эксплуатации
и при хранении. Однако они должны не только предохранять
канаты от коррозии, но и уменьшать трение между отдельными
проволоками и прядями канатов, снижать их износ и
предотвращать обрывы.
В небольших количествах выпускают смазку канатную 39у —
смесь нигрола, гудрона, церезина и фракции синтетических
жирных кислот выше С2о. Хорошие эксплуатационные свойства
и невысокая стоимость позволяет ее широко использовать для
смазки рудничных и буровых канатов, тросов
подъемно-транспортных машин и т. п.

ГЛАВА 17
УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ СМАЗКИ
17.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СМАЗОК
Уплотнительные смазки предназначены для надежной
герметизации зазоров и щелей оборудования, уплотнения подвижных
и неподвижных узлов трения машин и механизмов. Они нашли
широкое применение в различных областях техники — в
вакуумном оборудовании, в запорной арматуре, для смазки
резьбовых соединений и т. п. Основной потребитель уплотнительных
смазок — нефтяная и газовая промышленности. Здесь их
применяют для обеспечения нормальной работы запорной
арматуры— задвижек, пробковых кранов и др., а также для
облегчения развинчивания и свинчивания труб при добыче нефти и
газа.
Использование уплотнительных смазок в запорной арматуре
обусловлено тем, что герметизация сопряженных поверхностей
только за счет высоких контактных напряжений вызывает
быстрый их износ и потерю герметичности системы. К кранам и
задвижкам для нефте- и газопроводов предъявляют особенно
высокие требования по герметичности, поскольку утечки
продуктов через неплотности, помимо потерь и нарушения
технологического режима, опасны в пожарном отношении и
способствуют загрязнению окружающей среды.
Надежность и долговечность работы запорной арматуры,
безусловно, зависит от качества уплотнительных смазок.
Смазки должны обеспечивать работу узлов трения в интервале
температур от —50 до 200 °С и при давлениях до 100 МПа.
Специфика применения уплотнительных смазок в отличие от
антифрикционных— постоянный контакт с нефтью (или водой),
малая скорость перемещения смазываемых узлов, высокие
контактные нагрузки на поверхностях трения и многократная
периодическая дозаправка. Конструктивные особенности запорной
арматуры и условия ее работы, такие, как интенсивность,
температура, давление и состав прокачиваемой среды,
предъявляют свои требования к смазкам.
Наряду с герметизацией затворов уплотнительные смазки
снижают трение и износ сопряженных деталей, усилия на сдвиг
и величину крутящего момента, защищают контактные
поверхности от коррозии. Все это повышает надежность и
долговечность эксплуатации оборудования.
По областям применения уплотнительные смазки
подразделяют на: 1) смазки для запорной арматуры, 2) смазки для
резьбовых соединений и 3) вакуумные смазки. По
ассортименту и по объему производства смазки для запорной арматуры
наиболее многочисленны. Причем в зависимости от типа запор-
333

ной арматуры смазки делят на уплотнительные смазки для
кранов и уплотнительные смазки для задвижек (иногда их
называют арматурные смазки).
Широкое применение находят смазки для герметизации и
облегчения свинчивания и развинчивания различных резьбовых
соединений. Только за счет смазочного материала удается
обеспечить нормальный монтаж и демонтаж резьбовых соединений
и их герметичность.
Вакуумные смазки предназначены для уплотнения
подвижных соединений вакуумных установок и систем. Эта группа
смазок отличается большой специфичностью, что не позволяет
заменять их какими-либо другими смазочными материалами.
Уплотнительные смазки давно применяют в запорной
арматуре и в резьбовых соединениях. Однако значительное
увеличение глубины добычи нефти, расширение сети магистральных
нефте- и газопроводов большого диаметра, а также развитие
нефтяной и газовой промышленности в северных районах СССР
привели к созданию новой техники и соответственно повысили
требования к уплотнительным смазкам. Более жесткие
требования предъявляют к смазкам для арматуры скважин
глубокого бурения. Запорные устройства должны надежно
герметизировать устье скважины в широком температурном интервале
и при давлениях, достигающих в отдельных случаях 80—
100 МПа. Уплотнения без смазок, работающие только за счет
высоких контактных давлений на сопряженных поверхностях,
как правило, недолговечны и быстро изнашиваются.
Большая протяженность трубопроводов, необходимость
постоянного контроля и дистанционного управления запорной
арматурой требуют четкой и надежной работы запорных
устройств. Многообразие конструкций запорной арматуры, специфика
ее эксплуатации предъявляют дополнительные требования к
качеству смазок. Уплотнительные смазки, применяемые в
нефтяном оборудовании, работают обычно в агрессивных средах,
поэтому следует учитывать стойкость смазок к воздействию
соответствующих сред и стабильность их свойств.
Уплотнительные смазки должны удовлетворять следующим общим
требованиям:
обеспечивать надежную герметизацию в широком
температурном интервале, соответствующем климатическим условиям
эксплуатации;
надежно разделять трущиеся детали высокопрочной
пленкой, выдерживающей большие нагрузки и предохраняющей
контактные поверхности от задира и износа;
не выдавливаться из зазоров под давлением среды и
контактными нагрузками;
обеспечивать минимальный пусковой момент, легкость и
плавность движения запорного элемента, а также облегчать
свинчивание и развинчивание резьбового соединения;
334

в интервале рабочих температур непрерывно и в
достаточном объеме поступать и удерживаться на уплотнительных
поверхностях затвора;
не взаимодействовать с рабочей средой и не растворяться
в ней;
обладать высокой механической и химической
стабильностью, обеспечивающей длительную эксплуатацию и хранение
смазки;
не вызывать коррозии контактных поверхностей и обладать
высокими защитными свойствами, способностью предохранять
уплотняемые поверхности от воздействия агрессивных сред.
Существует и ряд специфических требований для
уплотнительных смазок. Например, смазки для резьбовых соединений
должны легко наноситься на свинчиваемые поверхности кистью
или шпателем при низких температурах.
Герметизирующая способность смазок зависит от среды:
на жидких (керосин, вода) и газообразных (азот) средах
герметичность затвора при одной и той же смазке различна.
Однако большинство перечисленных требований носят
качественный характер и в технических условиях на уплотнительные
смазки не выражены в конкретных показателях.
Основные требования к уплотнительным смазкам косвенно
предопределяют их физико-химические и
структурно-механические свойства и обусловливают выбор той или иной смазки в
конкретном случае. Подбирая уплотнительные смазки,
принимают во внимание следующие показатели: 1) свойства рабочей
среды и ее физическое состояние (газ или жидкость),
химическую агрессивность, способность растворять смазку и т. п.;
2) температурный интервал применения смазки и перепад
давлений среды;
3) интенсивность работы оборудования (число циклов
открытия и закрытия запорного элемента, частоту свинчивания
и развинчивания резьбового соединения);
4) систему подвода смазки к уплотнительным поверхностям
(длина и размеры каналов), конструктивные особенности и
геометрию сопряженных поверхностей.
При применении арматурных смазок важными факторами
являются система подвода смазки к уплотнительным
поверхностям (длина и размер каналов) и конструктивные особенности
узла трения, а также способ открытия затвора (система
привода) и время циклов открытия и закрытия.
Поведение уплотнительных смазок в эксплуатации
определяется совокупностью различных свойств и в первую очередь
структурно-механических (реологических), граничных
(смазочных, защитных и адгезионных) и свойств, обусловливающих
устойчивость к рабочим средам (растворимость, химическую
стабильность, проницаемость и др.)-
До настоящего времени уплотнительные смазки в
большинстве случаев подбирают путем многочисленных их испытаний
335

на стендах, имитирующих работу реальных механизмов, и в
натурных условиях. Данные о связи рецептурного состава и
свойств уплотнительных смазок с их эксплуатационными
характеристиками малочисленны. Объективные критерии
лабораторной оценки герметизирующих свойств смазок отсутствуют.
17.2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕГО
ДЕЙСТВИЯ
Подбор уплотнительных смазок, как уже отмечалось,
проводится обычно эмпирически путем длительных испытаний на
реальных устройствах. Отсутствие четких критериев работы
уплотнительных смазок осложняет и задачу разработки
высококачественных смазочных .материалов.
Поведение уплотнительных смазок «в условиях эксплуатации
определяется совокупностью объемных и граничных свойств и
их изменениями под действием рабочих оред. Однако
объективные данные о поведении смазок ib реальных условиях
эксплуатации получают при испытаниях на стендах, имитирующих
работу запорных устройств -или на конкретных задвижках и
кранах.
Существует связь между реологическими свойствами
смазки и ее герметизирующей способностью. Увеличение
содержания загустителя в смазках, значительно повышающее предел
прочности, улучшает герметичность затвора в области низких
удельных давлений на контактных поверхностях. Вязкость,
определяя движение уплотнительных смазок к затвору по
узким каналам, для оценки герметизирующей способности играет
второстепенную роль. Так, две смазки .с содержанием 2 и 10%
вязкостной присадки, существенно различаясь по вязкости,
имеют одинаковую и низкую герметизирующую способность.
В то же время наполнители значительно повышают
герметизирующую способность смазок, сохраняя герметичность крана
при давлениях, намного превышающих предел прочности самой
смазки. Как правило, смазки (без наполнителей не мотнут
надежно герметизировать затвор пробкового крана при давлениях
более 10 МПа в широком интервале температур, их
использование эффективно лишь при давлениях среды до 3—5 МПа и
температурах не выше 100 °С. С увеличением концентрации
наполнителя и уменьшением размера его 'частиц
герметизирующая способность смазок повышается. Наполнители
уменьшают разупрочнение смазок при совместном действии
тангенциальных и нормальных напряжений и препятствуют
понижению герметизирующей способности смазок при интенсивной
эксплуатации арматуры.
Герметизирующую способность смазок оценивают по
максимальному давлению среды и числу циклов испытаний,
которые выдерживает смазка при заданном зазоре, давлении среды
и температуре, не нарушая герметичности затвора. Герметич-
336

.ным считается затвор, через который .пропуск жидкой среды
•не превышает 0,5 см3. После 20 циклов итереюрытия ираиа
испытания смазки обычно прекращают. Наряду с герметичностью
определяют также 'крутящий момент «краига—(усилие для его
открытия под давлением среды.
Основное требование, 'которое предъявляют к уплотнитель-
/ным смазкам, — длительная и 'надежная герметизация затвора
арматуры в широком диапазоне температур, при высоких
давлениях и в контакте с разными .средами. Способность
смазок противостоять давлению среды зависит не только от их
свойств, но и от толщины слоя, который IB свою очередь
регулируется зазором между ушютнительными поверхностями
затвора. Величина эксплуатационного зазора в кране
значительно отличается от начальной, устанавливаемой регулирующим
болтом, и меняется от давления среды. Свободная посадка
пробки адр'ша. приводит к тому, что в закрытом положении под
действием давления среды пробка прижимается к корпусу
крана и начальный зазор резко уменьшается. В условиях
эксплуатации крана смещение пробки происходит Hie только в
направлении приложения равнодействующей силы среды, но и в
направлении, перпендикулярном оси пробки. Это .перемещение
пробки отражается на герметизирующей способности и
крутящем моменте крана; оно зависит также от содержания в
смазке 'наполнителя. С увеличением зазора понижается
герметичность крана. Для смазок с наполнителями эти изменения
значительны лишь при величине зазора свыше 30 мим, в то
время как у смазок без наполнителей при таких зазорах
вообще не удается обеспечить герметичность длительное время.
Повышение давления среды и температуры также уменьшает
герметичность затвора (рис. 69).
25 50
Зпъоо, мкм
ЮО
Ю 15
Давление, МПо
Рис. 69. Зависимость герметичности пробкового крана со смазками в
присутствии наполнителей от величины зазора (а) и давления керосина (б):
а) давление 15 МПа; 1, 2 — смазка с наполнителем при 20 и 150 °С соответственно; а —
смазка без наполнителя при 20°; б) при зазоре 13 мкм; 1—4 — температура
испытаний 100, 50, минус 30, 20 °С соответственно.
22—1354
337

Повышение температуры испытаний с 20 до 150°С
существенно сокращает число циклов перекрытия крана до
'нарушения герметичности. Например, если пр;и температуре
испытания 20 °С (зазо|р 7 мкм) герметичность затвора сохраняется
до 24 циклов лерекрытия, то при 150 °С — только 11-кратным
перекрытием. Еще -более 'резкая зависимость от температуры
ери увеличении зазора выражена для смазок |без заполнителей.
Уменьшение зазора улучшает герметичность траста, но при
этом резко возрастает величина крутящего момента.
Повышение давления среды независимо от температуры
всегда уменьшает герметичность системы, .более заметаю это
выражено при максимальной температуре. Повышение (100 °С)
или понижение (—30 °С) температуры «снижает герметичность
'Kipiana, и с ростом давления среды зависимость эта выражена
более резко.
Число циклов перекрытий пробкового iKipaea безусловно
сказывается на его герметичности: с увеличением числа
перекрытий проп|уск среды «через затвор возрастает и эта
зависимость более ярко выражена при высоких температурах и у
смавок без .наполнителей. Увеличение (пропуска среды связано
с постепенным расходом смазки под переменным воздействием
нагрузки, ic растворяющим действием среды, а также с
уменьшением давления в смазочной системе (давления -сжатия
смазки). При понижении давления в системе прекращается
подпитка см.азки в каналы пробки, что и вызывает
преждевременное разрушение «смазочного «слоя и нарушение
герметичности затвора. Поэтому необходима дозаправка, крана
смазкой, периодичность которой определяется условиями
эксплуатации крана и свойствами смазки.
При эксплуатации запорной арматуры важно не только
обеспечить герметичность затвора при вышкам давлении и
сохранить ее при неоднократном открытии — закрытии крана
15
20 25 15
Зазор, мкм
30
45
Рис. 70. Зависимость крутящего момента пробкового крана от величины
зазора при разных температурах (а) и давлениях (б) испытания:
а) / — минус 30 °С; 2 — 20 °С; 3 — 75 °С; 4 — 120 °С; б) 7—15 МПа; 2—10 МПа; 3 —
5 МПа.
338

Рис. 71. Зависимость крутящего момента
крана со смазкой разного состава от
давления среды (или интенсивности работы I
пробкового крана): ^
/ — исходная смазка; 2 — смазка с наполнителем. §
или задвижки, но и осуществить |
это перемещение в максимально Jp
короткое время с минимальными ,
усилиями. Последнее связано с ве- Давление [интенсивность)
личиной крутящего момента,
необходимого для открытия запорного элемента, находящегося
под давлением среды. Оснащение пробковых кранов
пневмоприводами требует, чтобы смазка обеспечивала минимальный
и постоянный крутящий момент. При малом зазоре хотя и
достигается максимальная герметичность затвора, но величина
крутящего момента велика. С повышением и понижением
температуры испытаний более резко проявляется зависимость
крутящего момента от величины зазора (рис. 70). С понижением
температуры до —30 °С величина крутящего момента
возрастает более чем в 2 раза, при этом характер зависимости
крутящего момента от толщины слоя пленки смазки (зазора)
сохраняется неизменным. Это важно учитывать при подборе уплот-
нительных смазок для эксплуатации запорной арматуры в
районах Крайнего Севера и Сибири, где температура воздуха
может понижаться до минус 50—60 °С. Повышение давления
среды и интенсивности работы арматуры увеличивает
крутящий момент крана (рис. 71).
Во всех случаях (независимо от состава смазки после 8—
12 циклов перекрытия наблюдается увеличение крутящего
момента при последующей работе «рана. Начальная величина
(Крутящего момента для смазок без наполнителей невелика, но
после 50 (и более) .циклов перекрытия -крутящий момент
существенно возрастает. Особенно резко возрастание крутящего
момента от интенсивности работы крана выражено при
повышенных температурах. Уменьшение диаметра проходного сечения
крана значительно понижает величину крутящего момента, не
меняя характера зависимости.
При эксплуатации запорной арматуры уплотаительные
смазки контактируют с разными средами—,нефтью, газом,
водой. При стендовых испытаниях крана заметных различий в
герметизирующей способности смазки в условиях ее
непродолжительного контакта с жидкими средами —керосином водой —
не обнаружено.
В реальных условиях эксплуатации, т. е. при
продолжительном контакте со средой, проницаемость тонкого слоя смазжи
в .большей степени должна зависеть от среды, что может
привести к различиям в эффективности смазки. При прочих
равных условиях герметичность крана при работе в газовой среде
22*
339

значительно 'ниже, <чем при работе .в жидких средах. В то же
время для газообразной среды 'величина крутящего момента
намного ниже, -чем для жидких.
17.3. РЕГУЛИРОВАНИЕ И УЛУЧШЕНИЕ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕЙ
СПОСОБНОСТИ
Подбором загустителя и дисперсионной .среды заметного
улучшения 'качества уллотнителыных смазок, предназначенных для
жестких условий эксплуатации оборудования, достичь не
удается. Выявлена решающая роить наполнителей в смазках, хотя
одновременно показано и их отрицательное действие. Так, с
©ведением 'наполнителей всегда увеличивается крутящий
момент крана. Однако у смазок с наполнителями последний мало
меняется с [увеличением числа циклов 'перекрытия, что
является достоинством наполнителей. Наполнители -препятствуют
выдавливанию уплотнительных смазок из узких зазоров при
высоких давлениях среды, увеличивают стойкость смазок к
агрессивным средам, улучшают коллоидную стабильность при
хранении и эксплуатации и повышают температурную
стойкость, что позволяет применять |уплотнительные смазки при
более высоких температурах.
В качестве наполнителей в производстве уплотнительных
смазок применяют разнообразные продукты: графит, слюду,
дисульфид молибдена и др. Концентрация их ib юмазках
'колеблется «от 5 до 20%. В резьбовые уплотнительные смазки
вводят в основном порошки мягких металлов — меди, цинка,
свинца, алюминия или их смеси — в высоких концентрациях (50%
и более).
При испытании смазок с наполнителями и без наполнителей
установлено различное поведение их в затворе. Смазки с
наполнителями способны ликвидировать пропуск,
являющийся сверх определенного давления; утечка среды при этом
незначительна, давление понижается и затвор вновь становится
герметичным. Для «смазок со слюдой пропуск
приостанавливается быстрее, чем для смазок с графитом и дисульфидом
молибдена, особенно при высоких удельных давлениях. Смазки
'без наполнителей не ликвидируют пропуск среды и
выдавливаются во время пропуска в значительных количествах.
Наполнители в уплотнительных смазках при высоких давлениях
среды (более 10 МПа) спрессовываются, создавая плотные
образования, которые заклинивают микрозазоры и
выдерживают высокие давления. Чем меньше размер частиц
наполнителя, тем более плотная и компактная упаковка 'создается
в наполненной .смазке, и сохраняется герметичность затвора
при высоких давлениях среды.
Как было отмечено, смазки без наполнителей при высоких
давлениях обладают значительно более низкой
герметизирующей способностью, а введение наполнителей повышает крутя-
340

Таблица 80. Свойства литиевых смазок с наполнителями
Наполнитель (концентрация, %)
Предел
прочности
при —30 °С,
Па
Вязкость
при —30 °С
и 10 с-1,
Па-с
Критическая
нагрузка
заедания, Н
Без наполнителя •"
Слюда (10%)
Дисульфид молибдена (10%)
Политетрафторэтилен (10%)
Слюда (5%) + дисульфид
молибдена (5%)
Слюда (5%) + политетрафторэтилен
(5%)
1520
2480
2480
2240
2640
880
1370
1640
1120
1430
380
2С0
840
740
480
2240
1140
360
щий момент. Последний тесно -связан с давлением в арматуре:
чем выше давление среды в системе, тем (большие усилия
требуются для открытия крана. Введение в уплотнительные
смазки дисульфида молибдена (в (количестве 2—5%) несколько
увеличивает величину крутящего момента при малых давлениях
и понижает ее при высоких. Присутствие в смазке MoS2 мало
изменяет зависимость крутящего момента от числа циклов
перекрытия крана, что обеспечивает более длительную и
надежную работу арматуры.
Таким обр азом, действие н аполните лей в уплотните л ьных
смазках весьма многообразно: повышается предел прочности
смазки из-за значительного сужения зазора частицам-и
наполнителя, которые эа счет .способности спрессовываться
образуют уплотнения, заклинивающие микрозазоры и
выравнивающие микрошероховатоети сопряженных поверхностей. Важным
преимуществом наполненных смазок является их способность
'самоуплотняться после пропуска среды, что связано с
увеличением частиц наполнителя средой и уплотнения ими места
пропуска. Природа наполнителя, его поверхностные свойства,
такие, как смачиваемость маслом, взаимодействие с мыльными
волокнами и т. д., а также размеры -частиц играют
существенную роль в способности наполнителя спрессовываться под
действием давления.
Для уплотнительных смазок эффективно совместное
использование наполнителей разной природы и происхождения.
Введение дисульфида молибдена со слюдой, которая обладает
наилучшими герметизирующими свойствами среди других
наполнителей, существенно улучшает противоизносные и противо-
завдрные свойства смазок. Добавка политетрафторэтилена, как
видно из данных табл. 80, улучшает низкотемпературные
свойства смазок.
Особенно часто смеси наполнителей применяют в
уплотнительных |резьбовых смазках. Как было отмечено, в качестве
наполнителей используют порошки мягких металлов (меди,
цинка, свинца и др.), их смеси с графитом, слюдой или ,ди-
341

Рис. 72. Зависимость крутящего
момента пробкового крана от условий
эксплуатации смазок с добавками:
/ — без добавок; 2 — смазка с
наполнителем; 3 — совместное содержание в смазке
наполнителя и ПАВ.
сульфидом молибдена.
Металлические порошки в
резьбовых смазках выполняют роль
герметизирующего и анти-
Условия эксплуатации фрикционного (облегчающего
демонтаж труб) материала.
Назначение самой смазки часто определяется функцией
носителя этих наполнителей, суммарная концентрация смеси
которых может составлять 50—60%. Герметизирующую способность
смазок значительно повышают порошки свинца и цинка, а
смазочную способность смазок улучшает смесь графита и
медной пудры.
Регулировать и улучшать эксплуатационные свойства
уплотнительных смазок можно введением ;в «наполненные смазки
п ов ерхностно- активных пр и с а док. Пр и,с адки пониж а ют аб со-
лютную величину крутящего момента пробкового крана
(уменьшение 'коэффициента трения) и обеспечивают его минимальное
изменение с ужесточением условий эксплуатации запорной
арматуры (рис. 72). При этом улучшаются, как правило, и
низкотемпературные свойства смазок.
Таким образом, как и в случае антифрикционных и
защитных омазок оптимальным с точки зрения регулирования и
улучшения свойств уплотнительных омазок является
совместное введение в них 'наполнителей и .присадок. В результате
получаются смазки с хорошими герметизирующими
свойствами, высокой смазочной и защитной способностью,
стабильностью 'к окислению и повышенной стабильностью свойств во
времени. Оптимальное сочетание присадок и наполнителей
расширяет диапазон применения уплотнительных смазок,
обеспечивая постоянство 'герметизирующей способности и
крутящего момента при длительной эксплуатации запорной
арматуры аз жестких условиях.
17.4. СОВРЕМЕННЫЕ УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ СМАЗКИ
По составу и свойствам уллотвителывые смазки весьма
специфичны, что не позволяет, как правило, заменять их
смазками других типов-. Для производства уплотнительных смазок
применяют разнообразные компоненты. В качестве дисперсион-
<ной среды используют касторовое масло, глицерин,
синтетические нефтяные масла и их смеси. Смазки, приготовленные на
касторовом масле и его смеси с «нефтяными или синтетическими
маслами, практически нерастворимы в -нефтепродуктах.
342

Загустителями могут быть твердые углеводороды и
-неорганические -продукты (например, силикагель, бентонит). Важным
критерием является минимальная растворимость загустителя
в среде и придание смазкам высокой смазочной и защитной
способности.
Многие уплотнительные смазки содержат наполнители, а
также различные высокомолекулярные полимеры, используемые
в качестве добавок, а иногда и ib роли основных загустителей,
Полиизобутилен и его сополимеры рекомендуют вводить (в
количестве 3—5%) для '-повышения адгезионных свойств и
коллоидной стабильности, а также с целью «придания уплотнитель-
ным смазкам устойчивости к агрессивным средам. Полимеры
(в количестве 15—20%) вводят, как правило, в вакуумные
уплотнительные смазки. Последние готовят на узких высоко-
кипящих фракциях нефтяных масел или на синтетических
маслах. Присутствие их в смазке повышает липкость и (улучшает
адгезию смазочного материала к уплотни тельным
поверхностям.
В отечественной и зарубежной практике применяют
разнообразные уплотнительные смазки: углеводородные, мыльные
и на неорганических загустителях. Большинство уплотнитель-
ных смазок содержат наполнители — лрафит, слюду, тальк,
дисульфид молибдена, асбест, оксиды металлов, металлические
порошки и др. В [уплотнительные смазки для запорной
.арматуры вводят 10—15% наполнителей.
Широкое применение уплотнительные смазочные
материалы нашли в резьбовых соединениях. В резьбовых соединениях,
рассчитанных на высокие давления, уплотнительные смазки
подвергаются воздействию чрезвычайно высоких контактных
нагрузок. Роль самой смазки при жестких условиях работы
резьбового соединения сводится только к функции носителя
наполнителей. В смазках для резьбовых соединений концент^
рация наполнителей, как правило, превышает 50%.
Для запорной арматуры предложено /более 10 видов уплот-
нительных смазок, в промышленных масштабах в настоящее
время выпускается 4 смазки. Такой же ассортимент и
резьбовых смазок. (Подробная характеристика смазок, используемых
в качестве |уплотн!ительных для запорной арматуры и
резьбовых соединений, приведена в соответствующей литературе).

ГЛАВА 18
ТЕХНИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ
Наряду с топливами и смазочными материалами при
эксплуатации двигателей, машин и механизмов широко применяют
технические жидкости. Назначение жидкостей самое
разнообразное. Это — облегчение пуска двигателя и охлаждение его
при работе, передача усилий в гидравлических системах и т. д.
В связи с этим технические жидкости значительно
различаются по своему составу и свойствам.
18.1. ПУСКОВЫЕ ЖИДКОСТИ
Пусковые свойства двигателей >в значительной мере зависят
от качества применяемых топливе и масел. ГЬуок двигателей
при «иэких температурах облегчается при использовании
'бензинов с -большим содержанием легких фракций, дизельных
топлив—с высоким цетановым числом и масел для
двигателей— с небольшой вязкостью при низких температурах. Однако
даже очень хорошие топлива не могут обеспечить одновременно
и пуск двигателя при низких температурах, и бесперебойную
работу прогретого двигателя. В связи с этим все 'более широкое
применение получают специальные жидкости, с помощью
которых облегчается пуск двигателя при низких температурах.
В нашей стране производят и -применяют две пусковые
жидкости: «Холод Д-40» для дизельных двигателей и «Арктика»
для карбюраторных (табл. 81). Рассмотрим роль отдельных
-компонентов, входящих © состав этих жидкостей.
Этиловый эфир С2Н5—О—С2Н5 является обязательным
компонентом большинстш. пусковых жидкостей. Он отличается
низ кой тем пер а туро й сам овосп л а менени я, в ысок и м давлен и ем
насыщенных паров и широкими пределами воспламеняемости.
При пуске холодного дизельного двигателя, когда по ряду
причин и, в первую очередь, вследствие повышения
теплоотдачи в стенки цилиндра резко понижается температура
воздуха 1в конце такта сжатия, применение этилового эфира
позволяет обеспечить самовоспламенение горючей смеси при
относительно невысоких температурах (190—220 °С). Для
понижения температуры самовоспламенения наиболее эффективно
применять этиловый эфир в чистом виде. Однако в этом
случае происходит очень резкое повышение давления в цилиндре
двигателя, что может привести к поломке его деталей. Во
избежание этого содержание этилового эфирна в пусковых
жидкостях для дизельных двигателей обычно доводят до 60—75%.
В карбюраторных двигателях при пуске используют
свойство этилового эфира воспламеняться в смеси с воздухом в
широких концентрационных пределах. Это позволяет достичь
344

воспламенения с помощью искры очень бедных смесей. Но
содержание эфира в пусковых жидкостях для карбюраторных
двигателей может быть несколько меньшим, чем ib жидкостях
для дизелей.
При использовании пусковой жидкости в дизеле
воспламенение начинается с воспламенения этилового эфира и в
последнюю очередь воспламеняется само топливо. Для
обеспечения постепенного и последовательного воспламенения в
состав пусковых жидкостей вводят изопрдпиднитрат и смесь низ-
кокипящих углеводородов.
Изопропилиитрат воспламеняется несколько позже этилового
эфира, но раньше основного топлива. Смесь низкокипящих
углеводородов, целиком испаряясь в цилиндре, воспламеняется
несколько позже изопропилнитрата, но также раньше
основного топлива. Наличие такой последовательной цепочки
обеспечивает хорошую подготовку основного топлива к воспламенению
и началу видимого сгорания, что существенно снижает
скорость иарастания давления. Оптимальное содержание изопро-
пилнипрата и смеси низкокипящих углеводородов в жидкостях
для дизелей составляет «15%.
В жидкостях для карбюраторных двигателей смесь
низкокипящих углеводородов обеспечивает образование горючей
смеси, способной воспламеняться от иедры. Учитывая
.необходимость подготовки горючей смеси при довольно низких
температурах, в жидкость для карбюраторных двигателей
добавляют смесь самых низкокипящих углеводородов в большем
количестве, чем в жидкость для дизелей. Надежной подготовке
топливовозд^шной омеси к воспламенению от искры
способствует 'введение в .состав жидкости для карбюраторных
двигателей небольшого (количества изощюпилнитрята.
Снижение износа трущихся деталей в первый период пуска
двигателей достигается введением в состав пусковых
жидкостей масла, содержащего противоизноеные или противозадир-
ные присадки. В дизелях ib период пуска возникают более
высокие нагрузки на трущиеся пары, чем в карбюраторных
двигателях. Исследованиями установлено, что для снижения
пускового износа ib составе дизельной пусковой жидкости
Таблица 81. Состав отечественных пусковых жидкостей
Содержание компонента, %
Компонент
«Арктика» «Холод Д-40»
Этиловый эфир 45—60 60
Смесь низкокипящих углеводородов 35—55 15
(петролейный эфир, газовый бензин
и др.)
Изопропилнитрат 1—5 15
Масло с противоизносными и проти- 2 10
возадирными присадками
34 5

должно быть щ-е менее 10% масла. Применение такой
жидкости на карбюраторных двигателях приводит к
«замасливанию» -свечей зажигания, .к .перебоям ib 'появлении искры. В
связи с этим ib пусковых жидкостях для карбюраторных
двигателей содержание (масла не должно превышать 2%. Такое
(количество масла обеспечивает смазку трущихся деталей оз первый
период пуска менее напряженного (карбюраторного двигателя
и .в то же время не вызывает нарушений в работе свечей
зажигания.
Кроме указанных основных (компонентов <в пусковые
жидкости добавляют в небольшой (концентрации некоторые
присадки, улучшающие те или иные эксплуатационные свойства.
Применение пусковых жидкостей позволяет уменьшить
минимальную частоту вращения .коленчатого вала двигателя при
пуске в несколько раз (рис. 73).
Многочисленные исследования показали, что применение
пусковых жидкостей «Арктика» и «Холод Д-40» позволяет
пускать «холодные двигатели без подогрева при темпер.атуре
воздуха до минус 40 °С. При этом необходимо применять
загущенные или маловяз'кие масла и полностью заряженные
аккумуляторные 'батареи. При температурах воздуха ниже минус
40 °С двигатели можно пустить только после предварительного
разогрева. Однако и ib этом случае применение пусковых
жидкостей позволяет сократить длительность разогрева двигателей
и повысить 'надежность его пуска.
Долгое время считали, что .щуок холодною двигателя
сопровождается режим увеличением износа трущихся л ар. Успехи
в области повышения износостойкости металлов и применение
эффективных присадок >к маслам позволило резко уменьшить
пусковые износы двигателей. Этому способствует и масло с
70
I 60 -
140
30-
U20
10
. \
V
I I
a
^
-40
-30 -20
Температура }°С
-10
160
-30 -20 -10
Температура, °С
Рис. 73. Зависимость минимальных пусковых оборотов коленчатого вала
(частота вращения) двигателей ЗИЛ-130 (а) и ЯМЗ (б) от температуры:
а) / — при применении пусковой жидкости «Арктика»; 2 — без пусковой жидкости, б) 1—
при применении пусковой жидкости «Холод Д-40»; 2 — без пусковой жидкости.
346

Таблица 82. Сравнительная эффективность средств облегчения пуска
двигателя ЗИЛ-375
100 пусков, масло М-43/10Вь температура минус 25 °С.
Средство облегчения
пуска
Пусковая жидкость
«Арктика»
Подогреватель П-100
Без средств
облегчения
Средняя

продолжительность
пуска, с
5,1
6,6
13,9
Число
первой
94
89
45
удавшихся пусков с
попытки
второй | третьей
5 1
9 2
33 22
Средний

максимальный износ
гильзы
цилиндра, мкм
10
8
12
присадками, 'которое 'содержится в Ьтечеетвенных пусковых
жидкостях «Арктика» и «Холод Д-40».
Испытания доказали, что применение .пусковых жидкостей
не увеличивает износ двигателя ЗИЛ-375, но резко сокращает
длительность njyciKa и повышает надежность работы двигателя
(табл. 82).
Высокая эффективность пусковых жидкостей установлена
и при испытании дизелей.
18.2. ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ
Часть тепла, выделяющегося «при сгорании топлива в
двигателе, идет на нагрев «амер сгорания и цилиндров двигателя.
При очень высоких температурах стенок камер сгорания
теряется мощность двигателя вследствие ухудшения наполнения
цилиндров, ухудшаются условия смазывания, появляется
детонация, калильное зажигание и другие нежелательные
явления. Чтобы предотвратить перегрев деталей двигателя, их
охлаждают. В качестве охлаждающих агентов в двигателях
используют воздух или жидкости. Наибольшее
(распространение получили жидкостные системы охлаждения.
В двигателях с жидкостным охлаждением блок и головка
цилиндров выполнены двойными. Между стенками образуется
охлаждающая рубашка, которая заполняется жидкостью.
Охлаждающая жидкость отводит тепло от стенок и головки
цилиндров и отдает тепло воздуху, который пропускается
вентилятором через радиатор. Таким образом охлаждающая
жидкость непрерывно циркулирует в замкнутой системе
охлаждения, 'нагреваясь в блоке и головке цилиндров и охлаждаясь в
радиаторе.
Для обеспечения нормальной работы всей системы к
охлаждающей жидкости предъявляют ряд требований. Жидкость
должна иметь высокие теплоемкость и теплопроводность,
чтобы эффективно отводить тепло, она не должна замерзать и
кипеть при всех рабочих температурах двигателя; не воспла-
347

меняться, не вспениваться, те вызывать коррозии металлов и
сплавав и не разъедать 'резиновых шлангов и соединений
системы охлаждения. Такой жидкости, которая полиостью бы
отвечала всем (перечисленным требованиям, пока не -найдено
Для эксплуатации двигателей при положительных
температурах воздуха самой подходящей охлаждающей жидкостью
является вода. При отрицательных температурах во
избежание замерзания воды применяют водные смеси с различными
веществами, .снижающими температуру застывания. Такие
смеси поручили название антифризов.
Вода—наиболее распространенная 'Охлаждающая жидкость.
Она доступна, 'безопасна в пожарном отношении, безвредна
для человека и имеет высокую удельную теплоемкость —
4,19 1кДж/(|Кг-К), превосходящую все другие известные
охлаждающие жидкости. Существенным недостатком является
высокая температура замерзания (вода замерзает при температуре
0°С со значительным [увеличением объема), что вызывает
разрушение (размораживание) системы охлаждения при низких
температурах.
Вода имеет сравнительно низкую температуру кипения,
поэтому в системе охлаждения современных двигателей
поддерживают температуру 80—90 °С. При эксплуатации
двигателей ib [условиях жаркого климата, особенно в южных
районах страны, температура воды может достигать 95—100 °С.
Во избежание -больших потерь жидкости системы охлаждения
в двигателях герметизируют. На пробке радиатора
устанавливают клапан, который открывается только при повышении
давления в системе охлаждения. Это позволяет несколько
повысить температуру кипения ©оды и снизить ее потери от
испарения.
Недостатком воды как охлаждающей жидкости является
также способность образовывать в 'системе накипь и шлам.
Накипь образуется на горячих стенках за счет выпадения
солей из водного раствора. Под шламом имеют в виду илистые
отложения минерального или органического происхождения,
скапливающиеся в застойных полостях рубашки охлаждения
двигателя и в нижнем бачке радиатора.
Образование накипи в системе охлаждения связано с
выпадением из водного раствора солей кальция и магния,
которые вместе с частичками примесей и продуктов коррозии
«прикипают» к поверхностям нагретого металла. Слой накипи
имеет очень м<ал|ую теплопроводность, т. е. ухудшает теплоот-
вод. Одновременно уменьшается сечение трубок радиатора, что
также ©едет к перегреву двигателя и как следствие — к
увеличению расхода топлива (рис. 74).
Соли кальция и магния, находящиеся в растворенном
состоянии, придают воде свойства, которые принято называть
жесткостью. Чем выше содержание в воде солей магния и
кальция, тем больше ее жесткость. За единицу жесткости при-
348

1,0
0,6
0,4
; Z 3 4
Толщина слоя накипи, мм
02
0 60 120 180 2А0
Длительность работы; ч
Рис. 74. Увеличение расхода топлива двигателем в зависимости от толщины
слоя накипи в системе водяного охлаждения.
Рис. 75. Зависимость массы накипи на Одной радиаторной трубке в системе
охлаждения от длительности работы двигателя:
/ — вода без антинакипина; 2 — вода с антинакипином.
нимают миллиграмм-эквивалент солей на 1 л воды. Если
жесткость ©оды равна 1 мжв, то это означает, что в воде
(содержится 20,04 мг/л ионов 'кальция или 12,16 мг/л иЬнов магния.
Различают жесткость временную, постоянную и общую.
Временная жесткость характеризует (содержание в воде в
основном двух соединений—«бикарбоната кальция Са(НСО3Ь
и 'бикарбоната магния Mg (НСОзЬ- Эти соли могут
находиться в воде в растворенном состоянии только в -присутствии
некоторого яко.лич-еств.а «свободной углекислоты. При кипячении
воды свободная углекислота из нее удаляется и соли
(Временной жесткости распадаются на карбонаты, выпадающие в
осадок, и диоксид углерода, уходящий в атмосферу:
Са(НСО3)2
Mg(HCO3)2
СаСО3 + СО2 + Н2О
MgCO3 + СО2 + Н2О
I
Таким образом, при кипячении бикарбонаты удаляются из
воды, поэтому обусловленную их присутствием жесткость
называют временной или устранимой.
Постоянная жесткость определяется присутствием в воде
более стойких солей, таких, как CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCb,
CaSiO3, MgSiO3 и др. Эти соединения при кипячении не
разлагаются и не выпадают в осадок, если их концентрация не
•превосходит предела насыщения.
В образовании накипи в системе охлаждения участвуют
соли как временной, так и постоянной жесткости. Но больший
•вред приносят соли временной жесткости. Первое же закипа-
349

ние -воды в системе охлаждения приводит к выпадению
карбонатов и образованию накипи. При этом происходит снижение
временной жесткости воды.
Соли постоянной жесткости принимают участие в
образовании накипи только после испарения части воды, т. е. когда
их концентрация в воде превышает предел насыщения. При
перегреве двигателя вода, соприкасаясь с сильно нагретыми
поверхностями, образует пузырьки пара, а выпадающие соли
«прикипают» iK перегретой поверхности.
Сумму временной и постоянной жеспкостей называют общей
жесткостью. Вода считается мягкой, если она содержит солей
не более 3, средней — 3—6 и жесткой — 'более 6 мэкв в 1 л.
По степени пригодности для систем охлаждения
двигателей природные воды можно распределить в следующем
порядке: атмосферная (дождевая, снеговая)—мягкая; речная или
озерная — мягкая или средняя; колодезная, -ключевая или
морская — жесткая.
Воду средней или высокой жесткости перед использованием
в системах охлаждения рекомендуется «умягчить» или
смешивать со специальными добавками — антипакипинами.
Простейшим способом умягчения воды является кипячение, при
'котором бикарбонаты разлагаются и (карбонаты выпадают из
воды в виде осадка. После фильтрования воду можно
использовать для систем охлаждения.
Умягчение воды можно достичь ее химической обработкой.
Добавление соды и извести (гашеной) -приводит к выпадению
соединений кальция и магния в осадок. Известжово-еодовый
способ умягчения воды эффективнее 'кипячения.
Весьма простой и эффективный способ умягчения воды —
фильтрование через гсатжжиты. Промышленность выпускает
типовые установки для [умягчения воды с помощью 1катионито-
вых фильтров.
Вещества, известные под названием антинакипинов,
позволяют предотвратить образование накипи обработкой воды
непосредственно в системе охлаждения (рис. 75). Добавление
антинакипинов особенно удобно в полевых условиях при
отсутствии мягкой воды. Действие антинакипинов сводится к
предотвращению образования твердых отложений -накипи на
горячих поверхностях. Достигается это за счет перевода солей,
дающих накипь, в рыхлое состояние или за счет удержания
таких солей в воде в виде пересыщенного раствора. В
качестве .антинакипинов используют гексаметафосфат натрия
(NaPO3)6, хромпик К2СГ2О7, ортофосфат натрия Na3PO4- 12НЛЭ
(тринатрийфосфат) и др.
Воду, предназначенную для систем охлаждения,
необходимо предохранять от загрязнения нефтепродуктами. Попадание
теплив и масел \в вод|у часто сопровождается интенсивным
вспениванием и выбросом охлаждающей жидкости из
системы.
350

II-
wo
0
-20
-«0
-60
-80
-
= _
-
-
Содеожание
80 60
1 I
^\
боды
40
1
A
I
1
1 i
%
20 0
1
/
/
/
Содержание воды, % (об.)
100 80 ' 60 40 20 0
0 20 40 60 80 WO
Содержание этиленгликоля} %
0 20 40 60 80 100
Содержание этиленгликоля, % (об.)
Рис. 76. Кривая кристаллизации водно-этиленгликолевых смесей.
Рис. 77. Температура кипения водных растворов этиленгликоля и
равновесный состав пара:
1 — пар; 2 — жидкость.
При температурах иаружшто воздуха ниже 0°С
.приходится заливать в жидкостные системы охлаждения вместо воды
нижоз.а1мерз<ающи1е жидкости — аитифризы. В качестве
антифризов можно использовать смеси воды со спиртами, смеси
воды с глицерином, смеси углеводородов и ряд других
.веществ. Наибольшее же распространение ib качестве «иэкотем-
•одратурных охлаждающих жидкостей получили водные
растворы этиленгликоля.
Этиленгликоль — двухатомный спирт СН2ОН—СН2ОН,
представляет собой прозрачную бесцветную вязкую жидкость
без запаха. Цвет технического этиленгликоля слепка
желтоватый. Кипит этиленгликоль при температуре 197 °С, а застывает
при минус 11,5°С. Однако смеси этиленгликоля с водой
застывают при более иизких температурах. Меняя соотношение воды
и этиленгликоля, можно получить смеси ■$ температурой засты-
«амия от 0 до минус 70 °С (рис. 76).
Поскольку вода и этиленгликоль имеют .разную плотность,
а при их смешении плотность .изменяется .аддитивно,
оказалось возможным по измеренной плотности антифриза
предсказывать его температуру застывания (табл. 83).
^В связи с тем что этиленгликоль оказывает «корршионное
действие иа металлы, я состав антифризов вводят
антикоррозионные присадки. Для предотвращения вспенивания в
антифризы иногда добавляют аитипенные присадки.
При испарении водных растворов этиленгликоля
выделяющиеся пары всегда содержат значительно 'больше воды, чем
этиленгликоля (рис. 77). В условиях эксплуатации от испаре-
1ния теряется .практически только вода.
Этилангликолевые жидкости имеют большой «коэффициент
объемного расширения. При нагревании до рабочей
температуры их объем увеличивается на 6—8%. При застывании эти-
ленгликолевых антифризов объем образующейся кашицеобраз-
351

Таблица 83. Плотность и температура замерзания смесей
технического этиленгликоля и воды

Концентрация этилен-
гликоля, %
Температура Концентра-
замерза- *ция этилен
ния, °С гликоля, %
Температура

замерзания, °С
26,4
27,2
29,6
32,0
34,2
36,4
38,4 1
40,4 ]
42,2
44,0 ]
45,6 1
47,0 1
48,2 1
49,6 1
51,0 1
52,6 1
53,6 1
54,6 1
55,6 1
56,8 1
58,0 1
59,1 1
60,2 1
61,2 1
62,2 1
63,1 1
64,0 1
64,8 1
1,0340
1,0376
1,0410
1,Ь443
1,0480
1,0506
,0533
,0560
1,0586
,0606
,0627
,0643
,0663
,0680
,0696
,0713
,0726
,0740
,0753
,0766
,0780
,0790
,0803
,0813
,0823
,0833
,0843
,0850
— 10
—12
—14
-16
—18
—20
—22
—24
—26
—28
—30
—32
—34
-36
—38
—40
—42
—44
—46
—48
—50
—52
—54
—56
—58
—60
—62
—64
65,3
65,6
66,0
66,3
68,5
69,6
70,8
72,1
73,3
74,5
75,8
77,0
78,4
79,6
81,2
82,5
83,9
85,4
86,9
88,4
90,0
91,5
93,0
94,4
95,0
95,5
96,4
97,0
97,8
1,0855
1,0860
1,0863
1,0866
1,0888
1,0900
1,0910
1,0923
1,0937
1,0947
1,0960
1,0973
1,0983
1,0997
1,1007
1,1023
1,1033
1,1043
1,1054
1,1066
1,1077
1,1087
1,1096
1,1103
1,1105
1,1107
1,1110
1,1116
1,1120
—65
—66
-67
—68
—66
—64
—62
—60
—58
—56
—54
—52
—50
—48
—46
—44
—42
—40
—38
—36
—30
—36
—34
—22
—28
—27
—24
—22
—20
ной массы увеличивается очень незначительно и
•размораживания двигателя или радиатора ее происходит.
Химическая .промышленность выпускает несколько марок
антифризов ма ;базе этиленгликоля. Наиболее распространены
•низкое а мерз ающие охлаждающие жидкости марок 40 и 65.
Жидкость марки 40 представляет собой смесь 53%
этиленгликоля и 47% воды и имеет температуру замерзания те выше
минус 40°С (см. рис. 76, точка А). Жидкость марки 65
содержит 66% этиленгликоля и 34% воды и имеет температуру
замерзания не выше минус 65°С (см. рис. 76, точка Б).
В качестве антикоррозионных присадок в антифризы
добавляют динатрийфосфат (технический деу замещенный
фосфорнокислый «натрий в количестве 2,5—3,5 г/л ) и декстрин
(углевод типа крахмал—1 г/л). Считают, что
динатрийфосфат защищает от коррозии чугунные, стальные и частично
медные детали, а декстрин — припой и детали из алюминия и
меди. Иногда, кроме этих присадок, в антифризы вводят мо-
либденовокислый «атрий, что улучшает их антикоррозионные
352

свойства в отношении цинковых и хромовых покрытий. Такие
антифризы имеют индексы 40М и 60М.
В последние годы промышленность выпускает 1низко'3.амер-
зающую охлаждающую жидкость тосол. Ее применяют
круглогодично как в зимнее, так и в летнее ©ремя. Жидкость готовят
на основе этиленгликоля с добавлением 'антикоррозионных
присадок и антивспенивателя. Выпускают при марки— тосол
А, тосо-л А-40 и тосол А-65.
Тосол А — концентрированный этиленгликоль с присадка -
ми. Пользоваться тосолом А «следует только л осле разведения
его дистиллированной водой. Смесь тосола А и воды в
соотношении 1 : 1 имеет температуру начала кристаллизации
минус 35 °С.
Водный раствор тосола А с температурой застывания не
выше минус 40 °С маркируют как тосол А-40, с температурой
застывания минус 65 — тосол А-65. Тосол А имеет плотность
в пределах 1120—1140 кг/м3, тосол А-40—1075—1085 кг/м3 и
тосол А-65— 1085—1095 кг/м3.
18.3. ЖИДКОСТИ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ
В 'современных машинах и механизмах широко используется
передача анергии через жидкость, находящуюся в замкнутой
(системе. Давление, оказываемое «на жидкость, передается шочти
мгновенно по1 всем направлениям благодаря тому, что
жидкость практически несжимаема. Гидравлические системы
передачи усилий, или как их еще называют гидроприводы, имеют
ряд преимуществ перед пневматическими, электрическими и
механическими системами. Поэтому они получили широкое
распространение в технике- и применение <их в будущем будет
расширяться. В современных автомобилях имеется 5—7
гидравлических приводов (.тормозная система, привод сцепления,
гидроусилители руля, подъемные .устройства самосвалов и т. д.),
в самолетах—'несколько десятков, а на атомных подводных
лодках — более ста.
Гидравлические системы машин и механизмов по своему
'назначению можно разделить на три основные группы. -
1. Системы, .предназначенные для передачи усилий на
расстояние, увеличение или уменьшение передаваемых усилий на
'исполнительные или управляющие механизмы и приборы.
В эту группу относят тормозные 'системы автотракторной
техники, самолетов, танков, системы регулирования шага
гребных и воздушных винтов, (уборки или вы-пуака шасси самолета,
управления навесными орудиями сельскохозяйственной
техники, погружения и всплытия подводных лодок и многие другие.
На рис. 78 в 'качестве примера дана схема гидравлического
привода одного из узлов самолета. Жидкость из бака 1
забирается насосом 2 и через распределитель 4 подается ib левую
полость силового -цилиндра 5, заставляя при этом поршень
23—1354 353

Рис. 78. Принципиальная схема гидравлического привода:
1 — бак; 2 — насос; 3 — клапан предохранительный; 4 — распределитель; 5 — силовой
цилиндр; 6 — клапан обратный; 7 — фильтр.
Рис. 79. Схема гидравлического амортизатора телескопического типа:
1 — поршень; 2 — шток; 3 — цилиндр; 4 — клапан; 5 — уплотнительный сальник.
.перемещаться «право. Движение поршня обеспечивает
выполнение той или иной операции, еапример уборки или выпуска
шасси. Из правой 'полости щилиадра жидкость -через
распределитель 4 и фильтр 7 попадает в резервуар. При 'повороте
рясщределителя 4 жидкость из бака ] поступает в правую
полость цилиндра, при этом поршень возвращается в исходное
положение. В «системе установлено два клапана —
предохранительный 3 и обратный 6.
2. Системы .гашения 'колебаний (наземных машин при их
движении, при взлете и посадке самолетов. Эти системы
включают гидравлические амортизаторы, где кинетическая энергия
колебания машины преобразуется в тепловую. Амортизаторы
смягчают толчки и удары, вызываемые неровностями дороги,
повышают плавность движения машин, тем самым улучшают
условия перевозки пассажиров и транспортировки грузов.
На рис. 79 в (качестве примера (Приведена схема
гидравлического амортизатора телескопического типа. Жидкость,
находящаяся в амортизаторе, при относительном перемещении штока
354

2 и поршня 1 перетекает из одной полости амортизатора ib
другую через узкие сечения 1клаланов., поглощая при этом
кинетическую энергию .колебания 'корпуса машины.
3. Системы для автоматической бесступенчатой передачи
усилий от двигателя на 'ведомый вал трансмиссий. Основным
элементом такой системы является гидротрансформатор, ib
котором .при изменении нагрузки автоматически изменяется
крутящий момент. Важным (рабочим элементом
гидротрансформатора является гидравлическая жидкость, которую иногда
рассматривают и как трансмиссионное масло.
Единой системы классификации и обозначения
гидравлических жидкостей пока нет, поэтому названий у них много.
Гидравлические жидкости обычно выполняют функции рабочего
тела, и их иногда именуют рабочими жидкостями. Нефтяные
гидравлические жидкости часто называют маслами и
обозначают индексом МГ. Жидкости называют и по областям
применения (индустриальные — ИГ, для авиационной техники —
АМГ), по технологии получения (загущенное — ВМГЗ), по
условиям применения— (единое — МГЕ) и по другим
признакам.
Наиболее важным показателем гидравлических жид/костей
является вязкость и ее зависимость от температуры (вязкостно-
температурные свойства). Гидравлическая система работает
надежно при 'использовании жидкости с оптимальной
вязкостью. Жидкость с недостаточной вязкостью не обеспечит
смазку прущихся деталей и б(удет подтекать через неплотности
различных сальниковых уплотнений. При использовании
жидкости с повышенной вязкостью возрастают гидравлические
потери, уменьшается скорость срабатывания гидравлического
привода. Вязкость, как определяющий показатель большинства
эксплуатационных свойств, указывают ib обозначении типа
масла. Принято указывать (кинематическую вязкость (в мм2/'с) при
температуре 50 °С (например, МГЕ-10, АМГ-10).
Кроме уровня вязкости при положительных температурах
для гидравлических систем, работающих при атмосферных
условиях, имеет значение изменение вязкости жидкости с
температурой. Поэтому в требо1ваниях на жидкость наряду с
необходимой вязкостью при +50°С указывают вязкость при
температурах —40 или —50 °С. Например, для обеспечения
надежной работы гидравлических систем мобильных объектов —
автомобилей и тракторов—вязкость жидкости при максимально
возможной температуре не должна быть ниже 7—8 мм2/с, а
при самой низкой — не выше 1000—1100 мм2/с Для
использования техники в северных районах разработаны специальные
требования -к низкотемпературным свойствам гидравлических
жидкостей (табл. 84).
По уровню вязкости и вязкостно-температ|урным свойствам
для гидравлических систем разного назначения достаточно
иметь четыре группы жидкостей: маловязкие (vso = 4—5мм2/с и
23* 355

Таблица 84. Требования к жидкостям
при низких температурах
Показатели
Гидравлические
северная
зона

арктическая
зона
для техники, работающей
Тормозные
северная
зона

арктическая
зона
Амортизаторные
северная
зона

арктическая
зона
Вязкость
кинематическая, мм2/с
при 50 °С не Ю 10 5
менее
при — 40 °С, не 2300 — 1500
более
при — 50 °С, не — 1500 —
более
при —55 °С, не — — —
более
Температура за- —60 —70 —55
стывания, °С, не
выше
1500
—70
12
6500
—55
12
6500
—55
мм2/е), средневязкие-всесезонные (vso=lO мм2/с и
50^ мм2/с); средневязкие (v5o=15 мм2/с и v_4o=
4000 мм2/с), вязкие (v5o=25—30 мм2/с). Кроме 'необходимого
уровня вязкости и вязкостно-температурных свойств
гидравлические жидкости должны иметь |ряд других свойств,
отвечающих требованиям эксплуатации.
Гидравлические жидкости обычно обеспечивают смазку
деталей системы при их взаимном 'перемещении, поэтому
оценивают см-азывающие свойства жидкостей. Срок службы
жидкостей IB гидравлической системе весьма длителен, в связи
с этим она должна быть химически стабильной и не
подвергаться окислению кислородом воздуха в присутствии таких
металлов, как медь и ее сплавы. Жидкости не должны
корродировать металлы и сплавы и должны защищать их от коррозии
при попадании воды, хорошо совмещаться с резинами, не
вызывать их набухания и вымывания ингредиентов, иметь
высокие температуры вспышки и самовоспламенения и
минимальную склонность к ценообразованию.
Наибольшее распространение в качестве гидравлических
жидкостей получили нефтяные масла. Они дешевы, могут
иметь различный уровень вязкости, обеспечены ресурсами и
отвечают многим другим требованиям. Современные жидкости
на нефтяной основе состоят из базового м<асла и комплекса
присадок для улучшения эксплуатационных свойств.
Базовые масла для создания гидравлических жидкостей
могут быть получены прямой перегонкой нефти, а также в
процессах вторичной переработки нефтяного сырья (гэдроизо-
меризацией, гидрокрекингом и др.).
Вязкостные присадки добавляют к маловязким базовым
маслам для достижения требуемого уровня вязкости и повыше-
356

ния индекса вязкости. Для получения гидравлических масел в
качестве загущающих присадок .применяют такие полимерные
соединения, как виниполы, полиметакрилаты и полиизобути-
лены.
Виниполы—полимеры винил-ячбутилового эфира с
молекулярной массой до 12 000, вводят их от 7 до 23% в зависимости
от молекулярной массы (загущающей способности).
Полиметакрилаты — продукты полимеризации сложных
эфиров метакриловой кислоты и смеси первичных спиртов.
Производят полиметакрилаты молекулярной массой от 3000 до
17 000 и вводят в базовые масла в количестве до 15%.
Полиизобутилены — продукты полимеризации изобутилена;
вырабатывают молекулярной массой от 4000 до 25 000. Для
приготовления гидравлических масел используют
низкомолекулярные полиизобутилены, как более стойкие к
деструкции.
В гидравлические масла добавляют антиокислительные,
антикоррозионные, защитные, противоизиосные, противопенные
и многофункциональные присадки. Набор присадок или, как
принято сейчас говорить, пакет присадок, зависит от свойств
базового масла, назначения и условий применения товарного
гидравлического масла.
В последние годы все более широкое применение получают
с ин те тические гидр ав лич ески е жидкости. Он и предн а значен ы
для работы в экстремальных условиях—при очень высокой
или низкой температурах, при повышенных требованиях к
взрывопожаро'безопасности. Синтетические жидкости пока еще
значительно дороже нефтяных, как правило, менее обеспечены
ресурсами сырья и не отвечают многим другим требованиям.
В качестве основы синтетических гидравлических
жидкостей используют сложные эфиры двухосновных кислот (ади-
пиновой, себациновой и др.) с многоатомными спиртами
(например, пентаэритритом). Такие диэфиры представляют собой
маслянистые жидкости с малой испаряемостью, хорошими
низкотемпературными и смазывающими свойствами, высоки
температурой вспышки. Введение в подобную основу
антиокислительных и других присадок позволяет получать
гидравлические жидкости, работоспособные в широком температурном
интервале.
Наиболее пологую вязкостно-температурную характериети-
ку имеют синтетические гидравлические жидкости на базе
оилоксанов и полнейлоксанов. Используют дисилокеаны и по-
лисилоксаны.
Жидкости на основе силоксанов имеют низкую температуру
застывания, но плохие смазочные свойства. Поэтому их часто
используют в смеси с диэфирами или нефтяными маслами.
Невысокая величина поверхностного натяжения силоксанов
позволяет применять их в качестве противопшных присадок к
маслам.
357

Повышенной огнестойкостью обладают синтетические
жидкости на основе сложных эфиров фосфорной кислоты. В
качестве основы для гидрожидкостей находят 'Применение фторор-
ганические жидкости. В одно-глико левые :или в од
но-глицериновые смеси используют в 'Качестве огнестойких гидравлических
жидкостей. Водосодержащие жидкости негорючи, если
концентрация воды в них не менее 30%. Они имеют
удовлетворительные вязкостно-температурные, смазывающие и
антикоррозионные свойства, высокую теплоемкость.
Ассортимент гидравлических жидкостей. В гидравлических
системах, работающих с небольшими нагрузками в парах
трения и температурой жидкости до 60 °С, применяют
индустриальные мьаела общего назначения без присадок (И-12А,
И-20А, И-ЗОА, И-40А, И-50А). При температуре жидкости
выше 60 °С и давлении до 15—20 МПа применяют турбинные
масла с антиокислительной, противокоррозионной и противо-
пенной присадками (Тп-22, Тп-30, Тл-46). Можно 'использовать
масла без присадок (Т22, Т3о и Т4б), но срок сл|уж'бы их ib
гидравлической системе намного меньше, чем масел с
присадками.
В качестве жидкостей для гидравлических систем с тяжело
нагруженными элементами, работающих под давлением до
35 МПа, рекомендуются 'индустриальные масла серии ИГП.
Комплекс присадок в этих мжлах (антиокислительная, про-
тиво и з носн а я, проти в опенн а я и антикорроз и они а я) обес печи-
вает надежную и длительную работу таких гидросистем.
Для различных гидравлических систем, устанавливаемых
на транепортных, сельскохозяйственных и
строительно-дорожных машинах, а также на другой технике, работающей в
широком диапазоне темпер атур, промышленность выпускает
жидкость МГЕ-4А. Это малсвязкое загущенное масло
(вязкость при 50 °С лежит в пределах 3,6—4,0 мм2/с с пологой
в я зкостно- те мп ер а тур но й кр ив ой) соде р ж,ит ко мп леке э ф ф е к
тивных присадок.
Всесезонное масло МГЕ-10А готовят введением в глубоко
очищенное низкозаетывающее загущенное базовое масло
комплекса эффективных присадок. Применяют его преимуществеfi-
но на авиационной технике.
Всесезонное масло ВМГЗ получают загущением очищенного
базового масла с последующей добавкой антиокислительной,
противокоррозионной и противопеннО'й присадок. Это масло
является основным зимним сортом гидравлической жидкости
для строительно-дорожных и многих других машин.
Авиационное масло АМГ-10 получают загущением мало-
вязкой основы с антиокислительной присадкой и красителем;
основное масло для гидросистем самолетов, летающих с
дозвуковой скоростью.
Масло веретенное АУ (без присадок) применяют ib качество
жидкости в гидросистемах, эксплуатируемых в диапазоне тем-
358

Таблица 85. Основные свойства рабочих жидкостей, предназначенных
для использования в условиях низких температур
Показатели
Гидравлические
вмгз
10,0
1900
—60
135*
МГЕ-10А
10,0
1500
—70
96*
Амортиза
торная
АЖ-12Т
3,6
12,0
6500
—52
165**
Вязкость кинематическая, мм2/с
при 100 °С, не менее
при 50 °С, не менее
при —40 °С, не более
при —50 °С, не более
Температура застывания, °С, не выше
Температура вспышки, °С, не ниже
Набухание резины
марки УИМ-1 в масле, %
марки ИРП-1100, % (об.)
* В открытом тигле.
*♦ В закрытом тигле.
4,0-7,5 5,5—7,5
±2,0
ператур окружающей среды от минус 25 до плюс 50 °С при
рабочей температуре 50—60 °С и (кратковременно — до 90 °С.
В чистом 1виде и в смеси с другими маслами его попользуют в
качестве гидравлической жидкости для амортизаторов.
На (базе масла АУ, добавляя антиокислителыную и
антикоррозионную присадки, -получают масло АУП для гидросистем
судовых установок. Масло АУ используют ib качестве базового
для получения гидравлической жидкости «Р», применяемой в
гидрообъемных передачах автомобилей и гидропередачах
палубных судовых уетаноеож. Масло АУ после введения в него
загущающей и депрессорной присадки (масло «ЭШ»)
используют в гидросистемах экскаваторов и других аналогичных
машин.
Масло МГ-30 представляет собой индустриальное масло
И-ЗОА, содержащее антиокислительную, \депресеорную и про-
тивопенную присадки. Предназначено оно для гидросистем
CTpiO ител ьно -дорожиых и подъемно - тр анспортн ых м а ш ин на
летнее время.
Масло МГП-10 предназначено для гидравлических
амортизаторов автомобилей. Также для амортизаторов предназначено
и Mia ело АЖ-12т.' Это масло получают загущением фракции
трансформаторного масла этилполисилокеановой жидкостью.
Такой состав м^асла обусловливает пологую
вязкостно-температурную кривую и низкую температуру застывания.
В табл. 85 представлены данные по низкотемпературным
свойствам гидравлических жидкостей, рекомендуемых для
применения в северных и северо-восточных районах страны.

18.4. ТОРМОЗНЫЕ ЖИДКОСТИ
Тормозными жидкостями называют один из видов
гидравлических жидкостей, применяемый в 'автомобильных тормозных
■системах <с гидравлическим приводом. Некоторые особенности
работы тормозных жидкостей и их довольно широкое
распространение позволяют рассмотреть их применение в отдельном
разделе.
Г.идрооривод тормозной системы действует следующим
образом (рис. 80). При нажатии на педаль тормоза 3 усилие
через систему рычагов передается на поршень 5 главного
тормозного цилиндра 6. Перемещаясь в цилиндре, поршень
вытесняет жидкость 'через «лапан в трубопровод, идущий ik
колесным тормозным рабочим цилиндрам. Под давлением жидкости
поршни колесных цилиндров раздвигают тормозные колодки,
и колесо затормаживается. После прекращения нажатия на
педаль тормоза поршни колесных цилиндров под действием
стяжных пружин тормозных колодок возвращаются в
исходное положение, вытесняя жидкость в главной тормозной
цилиндр.
Жидкость в системе привода тормозов обычно имеет
температуру окружающего возд|уха. Однако в колесных тормозных
цилиндрах за счет тепла, выделяемого при трении тормозных
колодок, происходит интенсивный нагрев жидкости. Закипание
жидкости в тормозной системе недопустимо, так как при этом
нарушается главное условие надежной работы привода —
несжимаемость жидкости. Пары жидкости уменьшаются в
объеме даже при небольших давлениях и поэтому передаваемое
Рис. 80. Схема гидравлического привода тормозной системы автомобиля:
/ — поршни рабочего цилиндра; 2 — тормозная колодка; 3 — тормозная педаль; 4 —
резервуар с тормозной жидкостью; 5 — поршень главного цилиндра; 6 — главный цилиндр;
7 — стяжные пружины тормозных колодок; 8 — колесный рабочий цилиндр.
360

по гидросистеме усилие до рабочих оргадов -не доходит.
Аналогичный эффект имеет место гари 'случайном попадании
.воздуха IB гидросистему. Часть системы вместо практически
несжимаемой жидкости заполняется легко сжимаемым воздухом
и педаль тормоза «проваливается».
Тормозные жидкости производят на основе касторового
масла или на основе гликолей. Разработана и испытана
хорошая тормозная жидкость на нефтяной основе — жидкость ГТН.
Однако эта жидкость пока не нашла применения, так как
резиновые детали автомобильных тормозных систем делают из
обычной немаслостойкой резины. Такие детали при контакте с
нефтяной жидкостью быстро набухают и становятся
непригодными к дальнейшей эксплуатации.
Хорошие эксплуатационные свойства показали тормозные
жидкости иа «касторовой основе». Касторовое масло имеет
высокие смазывающие свойства и не вызывает набухания или
размягчения натуральной резины и изготовленных из нее
уплотнительных деталей тормозной системы. Однако высокая
вязкость и относительно высокая температура застывания
(—16 °С) исключают возможность применения касторового
масла в чистом виде как тормозной жидкости. Поэтому
тормозные жидкости готовят смешением касторового масла со
спиртами. Лучшими спиртами для этой цели оказались изо-
пентанол, бутанол и этанол.
При смешении 60% изопентанола и 40% касторового масла
получают тормозную жидкость АСК, при смешении 50%
бутанол а и 50% касторового масля — тормозную жидкость БСК,
при смешении 40% этанола и 60% касторового масла —
тормозную жидкость ЭСК. Жидкость ЭСК имеет ряд недостатков и
ее производят и применяют в ограниченном количестве. Эта-
*«ол кипит при температуре 78 °С и при высоких температурах
может давать паровые пробки © тормозной системе.
Все касторовые тормозные жидкости готовят смешением
только с концентрированными спиртами. Попадание в
жидкость воды приводит к снижению концентрации спирта, что
вызывает расслоение жидкости. Спирто-каеторовые смеси
имеют довольно низкую температуру застывания, (однако уже
при температуре минус 20 °С происходит интенсивная
кристаллизация составляющих касторового масла. Поэтому касторовые
тормозные жидкости при температурах ниже мин|ус 20 °С
применять не рекомендуется.
В последние годы .находят все большее -применение в
-качестве тормозных жидкостей различные смеси гликолей
(двухатомных спиртов) и их производных. Смесь гликолей с
комплексом антикоррозионных и противоизносных присадок Bbipia-
батывают и применяют под маркой гидротормозной жидкости
ГТЖ-22М.
Разработаны рецептуры и организовано промышленное
производство тормозных жидкостей «Нева» и «Томь», которые
361

представляют собой композиции 'на основе этилкарбитола с
разными загустителями и антикоррозионными присадками.
Жидкости ««а основе гликолей и этиладрбитола по многим
свойствам .превосходят спирто-касто'ровые смеси. Они имеют
хорошие низкотемпературные свойства (не замерзают при
температуре минус 60 °С), низкую испаряемость и (высокую
температуру (вспышки. Все эти жидкости нейтральны по
отношению к резиновым «емаслостойким деталям, так -что могут
заливаться в тормозную систему автомобилей с обычными
резиновыми уплотнителями. В отличие от применявшейся ранее
жидкости ГТЖ-22 при использовании жидкостей ГТЖ-22М,
«Нева» и «То'Мь» не требуется предварительная смазка
трущихся деталей тормозной системы касторовым маслом или
опирто-касторовой жидкостью БСК при подготовке машин к
весенне-летней и осенне-зимней эксплуатации. Эти жидкости
нельзя смешивать со спирто-к-асторовыми жидкостями, так
как происходит расслоение и выпадение касторового масла.
Применение жидкостей на основе гликолей и этилкарбитола
обеспечивает работу гидравлического .привода тормозов при
температурах окружающего воздуха от +50 до —50 °С. Все
эти жидкости токсичны.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Аксенов А. Ф. Авиационные топлива, смазочные материалы и
специальные жидкости. М., Транспорт, 1970, 271 с.
2. Большаков Г. Ф., Гулин Е. И., Торичнев Н. Н. Физико-химические
основы применения моторных, реактивных и ракетных топлив. М., Химия,
1965. 270 с.
3. Венцель С. В. Применение смазочных масел в двигателях внутреннего
сгорания. М., Химия, 1979. 237 с.
4. Виленкин А. В. Масла для шестереночных передач. М., Химия, 1982.
248 с.
5. Виппер А. Б., Виленкин А. В., Гайснер Д. А. Зарубежные масла и
присадки. М., Химия, 1981. 192 с.
6. Воинов А. Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.,
Машиностроение, 1977. 278 с.
7. Григорьев М. А., Бунаков Б. М., Долецкий В. А. Качество моторного
масла и надежность двигателей. М., Стандарты, 1981. 213 с.
8. Гулин Е. М., Сомов В. А., Чегот И. М. Справочник по горюче-смазочным
материалам в судовой технике. Л., Судостроение, 1981. 318 с.
9. Гуреев А. А. Применение автомобильных бензинов. М., Химия, 1972.
364 с.
10. Гуреев А. А., Жоров Ю. М., Смидович Е. В. Производство
высокооктановых бензинов. М., Химия, 1981. 219 с.
11. Гуреев А. А., Камфер Г. М. Испаряемость топлив для поршневых
двигателей. М., Химия, 1982. 264 с.
12. Гуреев А. А., Серегин Е. П., Азев В. С. Квалификационные методы
испытаний нефтяных топлив. М., Химия, 1984. 198 с.
13. Гуреев А. А., Шехтер Ю. Н., Тимохин И. А. Средства защиты
автомобилей от коррозии. М., Транспорт. 209 с.
14. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и
комбинированных двигателей/Под ред. А. С. Орлина и М. Г. Круглова.
М., Машиностроение, 1980. 288 с.
362

15. Звонов В. Л. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.,
Машиностроение, 1981. 160 с.
16. Казакова JI. П., Крейн С. Э. Физико-химические основы производства
нефтяных масел. М., Химия, 1978. 320 с.
17. Каплан С. 3., Радзевенчук И. Ф. Вязкостные присадки и загущенные
масла. Л., Химия, 1982. 136 с.
18.. Климов К. И-, Кичкин Г. И. Трансмиссионные масла. М., Химия, 1970.
231 с.
19. Кондаков Л. А. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических систем.
М., Машиностроение, 1982. 216 с.
20. Папок К. К. Химмотология топлив и смазочных масел. М., Воениздат.
1981. 192 с.
21. Пискунов В. А. и др. Химмотология в гражданской авиации. Справочник.
М., Транспорт, 1983. 248 с.
22. Саблина 3. А., Гуреев А. А. Присадки к моторным топливам. М., Химия,
1977. 256 с.
23. Свиридов Ю. Б., Малявинский Л. В., Вихерт М. М. Топливо и топливо-
подача автотракторных дизелей. Л., Машиностроение, 1979. 248 с.
24. Синицын В. В. Подбор и применение пластичных смазок. 2-е изд. перер.
и доп. М., Химия, 1974. 416 с.
25. Синицын В. В. Пластичные смазки в СССР. Ассортимент. Справочник. М.,
Химия, 1979. 272 с.
26. Теоретические основы химмотологии/Под ред. А. А. Браткова. М., Химия,
1984. 320 с.
27. Товарные нефтепродукты. Свойства и применение. Справочник/Под ред.
В. М. Школьникова. М.,^Химия, 1978. 470 с.
28. Фукс И. Г'. Пластичные смазки. М., Химия, 1972. 158 с.
29. Фукс И. Г. Добавки к пластичным смазкам. М., Химия, 1982. 248 с.
30. Фукс И. Г., Вайншток В. В. Уплотнительные смазочные материалы. М.,
ЦНИИТЭнефтехим, 1968. 92 с.
31. Шахтер Ю. Я., Крейн С. Э., Тетерина Л. Н. Маслорастворимые
поверхностно-активные вещества. М., Химия, 1978. 301 с.
32. Шехтер Ю. Н., Школьников В. М., Богданова Т. И., Милованов В. Д.
Рабоче-консервационные смазочные материалы. М., Химия, 1979. 253 с.
33. Черножуков Н. И. Технология переработки нефти и газа. Часть З/Под
редакцией А. А. Гуреева и Б. И. Бондаренко. 6-е изд. М., Химия, 1978.
423 с.
34. Чертков Я. Б., Спиркин В. Г. Применение реактивных топлив в авиации.
М., Транспорт, 1974. 161 с.

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автоокисление углеводородов 61 ел.
Активная сера 71, 72
Альтернативные топлива 9 ел., 30 ел.,
98
Антидетонаторы 112 ел.
Антинакипины 350, 351
Антифризы 351 ел.
Антифрикционные смазки
ассортимент 307, 308, 310, 313
ел.
классификация 300
коэффициент трения 302, 303,
310
наполнители 310 ел.
из нефтяных масел 306, 307
присадки 307 ел.
противоизносные свойства 307 ел.
свойства 306, 307, 312
смазочная способность 301 ел.
совместимость с резинами 301
Базовые масла 210
Бензин (ы)
высокооктановые 106, 107, ПО,
111
вязкость 47
газовый ПО, 111
давление насыщенных паров 32
детонационная стойкость 16 ел.,
108 ел.
каталитического крекинга 109,
ПО
— риформинга 107 ел.
кислотность 123
марки 125, 126
нагарообразование 120 ел.
неэтилированные 119
октановое число 18, 107, 108
оптимальные температуры
перегонки 99
плотность 44
потери при хранении 58, 59
пределы взрываемости смесей с
воздухом 88
приемистость 112, 113
прокачиваемость 116, 117
прямой перегонки 109
растворимость воды 53
содержание ароматических
углеводородов 122
— низкокипящих фракций 96 ел.
— сернистых соединений 122,
123
— фактических смол 120 ел.
стабильность 117 ел.
температура вспышки 88
теплота сгорания 44
Бензин(ы)
термического крекинга 109, ПО
требования к качеству 107, 124
ел.
узкие фракции 108
фракционный состав 98, 99
этилированные 122
Бензол 82, 84
Бутан 31, 44, 84
Вода
растворимость в топливах 51 ел.
свойства 348 ел.
Воспламеняемость топлив 34, 135 ел.
Герметизирующая способность
смазок 336 ел.
Гидравлические жидкости 355 ел.
Гидроочистка топлив 64, 67, 74 ел.
Горение топлив, механизм 40 ел.
Двигатели 22 ел.
авиационные, поршневые 239
автомобильные 93 ел., 106, 107,
346, 347
автотракторные, дизельные 238
быстроходные, транспортные 239
газотурбинные 22 ел., 240 ел.
двухтактные бензиновые 239
дизели 127 ел., 134 ел., 144 ел.
защита от коррозии 231
износ, условия 99, 151, 226 ел.
индикаторная диаграмма 100,
101, 134 ел.
карбюраторные 236 ел.
коррозионный износ деталей 73
образование отложений 120, 121
с принудительным зажиганием
100 ел.
пуск, условия 95 ел., 99, 140
стационарные 238
тепловые 22, 23
турбокомпрессорный воздушно-
реактивный 162 ел.
экономичность работы 99, 100
Депарафинизация топлив 50, 51, 143
Детонационная стойкость
алканов 103, 104
бензинов 16 ел., 108 ел.
метил-грет-бутилового эфира 115
Дизельное топливо
взрывоопасная концентрация 158
воспламеняемость 134 ел.
вязкость 47, 131, 141, 156 ел.
из газовых конденсатов 133
депрессорные свойства 143
защитные свойства 143
364

Дизельное топливо
испаряемость 130, 131
карбамидная очистка 143
коксуемость 150
коррозионная активность 151 ел.
многоступенчатая очистки 145
нагарообразование 148 ел.
низкотемпературные свойства 143
ПДК в рабочей зоне 158
пожароопасность 158
потери при хранении 59, 145, 146
примеси 144, 148 ел., 159 ел.
присадки 139, 155
прокачиваемость 140 ел.
противоизносные свойства 156,
157
пусковые свойства 140
расширенного фракционного
состава 161
для средне- и малооборотных
дизелей 160, 161
требования к качеству 159
утяжеленные 133, 161
цетановые числа 137 ел.
электризация 158, 159
Дизельный индекс 138, 139
Жидкости технические
для гидравлических систем 353
ел.
охлаждающие 347 ел.
пусковые 344 ел.
тормозные 360 ел.
Загустители смазок 278, 280, 281, 294,
295
Индикаторная диаграмма 100, 101,
134 ел.
Индустриальные масла 260 ел.
Испаряемость
пластичных смазок 292
топлив 34 ел., 93 ел., 193
Квалификационные методы оценки
качества нефтепродуктов 16 ел.
Классификация
гидравлических жидкостей 355
ингибиторов коррозии 329
индустриальных масел 261
моторных масел 232, 233, 235
отечественных трансмиссионных
масел 256 ел.
смазок 283, 300, 333, 334
смазочных масел 206, 207
тепловых двигателей 23
топлив 28 ел.
Коксуемость топлив 150
Компрессорные масла 266, 267
Консервационные смазки 316 ел.
Коррозия металлов (сплавов) 68 сл.г
317
Котельное топливо 9, 203 ел., см_
также Мазут (ы)
Мазут (ы)
вязкость 47 ел., 193, 201, 202
депрессорные присадки 51
зольность 203
марки 205, 206
плотность 44
прокачиваемость 201, 202
сжигание 199, 200
содержание примесей 198, 203
состав 200
стабилизация 206
топливные 193, 200
требования к качеству 205
флотские 200, 205, 206
Масла для реактивных двигателей
вязкостно-температурные
свойства 244 ел.
для газотурбинных установок 250
ингибированные и неингибиро-
ванные 244
квалификационная оценка 242
коррозионная активность 243
нефтяные 248
окисление 246 ел.
прокачиваемость 245
противоизносные свойства 242Г
243
рабоче-консервационные 244
синтетические 245 ел.
требования к качеству 240 ел.
для турбовинтовых двигателей:
249
Метанол 10
компонент бензинов 114
ПДК в атмосфере 82
применение 33
свойства 32, 33, 44, 114
Метил-трег-бутиловый эфир 10, 32,.
115
Метил-т/?ег-пентиловый эфир 32
Моторные масла
антиокислительные свойства 232
антифрикционные свойства 228,
229
вязкостно-температурные
свойства 229, 230
квалификационные испытания
235
классификация 232, 233
марки 233, 234, 236
назначение 236 ел.
противоизносные свойства 229
требования к качеству 225, 226
Нагарообразование 34, 35, 121, 122,
194, 231
365

Наполнители смазок 297, 310 ел. Противоизносные свойства
реактивных топлив 185 ел.
Октановое число смазок, содержащих ПАВ 307
бензинов 32, 107 ел. смазочных материалов 300
оценка 104 ел. Пусковые жидкости 344 ел.
спиртов и эфиров 32
Охлаждающие жидкости 348 ел. Ракетные топлива 164 ел.
Реактивные топлива
Пластичные смазки воздействие на резины 183
вязкость 288 вязкость 169
дисперсная фаза 278, 280 защитные свойства 184, 185
добавки 297 коррозионная активность 182 ел.
загустители 278 ел. марки 188 ел.
испаряемость 292 нагарообразование 181, 182
классификация 283 образование осадков 178 ел.
модификаторы структуры 281 примеси 175, 176, 178, 183
назначение 282, 283 противоизносные свойства 185 ел.
прочностные свойства 287, 289 растворимость воды 53
радиационная стойкость 293 — воздуха 174, 175
состав 278 содержание алканов 173
стабильность 289 ел. состав отстоя 184
тиксотропные превращения 289 стабильность 176 ел., 190
требования к качеству 285 ел. требования к качеству 189, 190
эксплуатационные свойства 285, хладотекучесть 172
286 Ребиндера эффект 304
Пожароопасность нефтепродуктов Регенерация смазочных масел 276 ел.
87 ел.
Поршневые двигатели 23 ел. Системы
Пределы воспламеняемости топлив гидравлические 353 ел.
32 зажигания 100
Предельно-допустимые концентрации смазки 224, 225, 239, 240, 250
топлив 82, 158 ел.
Приборные масла 264, 265 топливные см. Топливные систе-
Присадки мы двигателей
антиводокристаллизующие 173,
174 Смазочная способность 301 ел.
антидетонационные 196, 198, 206, Смазочные материалы
215, 223, 224, 328 ел. вязкостно-температурные свойст-
антиокислители 64 ел., 74, 119, ва 213, 214
177, 217, 218, 223 газотурбинные 207
антистатические 91 изменения в процессе работы
к антифризам 352, 353 270 ел.
ассортимент 331, 332 ингибиторы коррозии 215, 216
бактерицидные 68 индустриальные 207
депрессорные 51, 143, 144, 202, качество 15 ел.
223, 224 классификация 206, 207
деэмульгаторы 202, 216 компрессорные 266, 267
защитные 155, 185, 186, 187 коррозионная активность 214,
к маслам 210, 211, 222 215
нейтрализующие 153, 154 назначение 207, 208, 265 ел.
с ПАВ 187, 188, 218, 219, 222 нефтяные 221
противонагарные 206 противоизносные свойства 300
противопенные 220 рабоче-консервационные 276
к смазкам 297, 298, 307 ел., 330 расход 274, 275
ел. регенерация 276 ел.
Прокачиваемость синтетические 222
реактивных масел 244 ел. совместимость 221
топлив 34, 140 ел. состав 221 ел.
Противоизносные свойства стабильность 220
дизельных топлив 156, 157 эксплуатационные свойства 208
литиевых смазок 310 ел.
366

Температура
воспламенения дизельных топ-
лив 158
вспышки паров нефтепродуктов
87
— смазочных масел 221
замерзания водно-этиленгликоле-
вых смесей 351, 352
застывания топлив 51, 142, 143,
194, 202
каплепадения 293, 294
кипения бензинов 32
— растворов этиленгликоля 351
— спиртов и эфиров 32
— тетраметилсвинца 113
кристаллизации реактивных
топлив 169 ел.
нагрева бензинов 96
помутнения 49
расслаивания топливных смесей
60
сгорания углеводородов 84
фильтруемости топлив 142, 143
Тепловые двигатели 22, 23
Тетраалкилсвинец 113, 119 ел.
Тиксотропные системы 289
Токсичность
нефтепродуктов 80 ел.
продуктов сгорания топлив 82
ел.
Топливо (а), см. также по видам
топлив
альтернативные 9 ел., 30 ел., 98
биологическая стойкость 67
воспламеняемость 34
вязкость 46 ел.
гидроочистка 64, 67, 74, 76, 78
горение, механизм 40 ел.
горючесть 34
защитная способность 35, 76
испаряемость 34, 97, 98
качество 15 ел., 28 ел., 83
коррозионная активность 35, 71,
76
кристаллизация углеводородов
49 ел.
охлаждающая способность 35,
78, 79
очистка 64, 67, 74, 76, 78, 145
ПДК 82
потери при хранении 57 ел.
Топливо(а)
пределы воспламенения 32, 43
примеси 55, 56, 71
прокачиваемость 34, 46 ел.
противоизносные свойства 35, 76»
ел.
пусковые свойства 95, 96
расслаивание 59, 60
скорость испарения, расчет 38,
39
совместимость с неметаллами
35, 75
среднедистиллятные 51
стабильность 35, 56 ел., 66, 67
теплота сгорания 43, 44
условное 45
экологические свойства 35, 80 ел.
эксплуатационные свойства 33 ел.
Топливные системы двигателей
автомобильного карбюраторного
91 ел.
дизельных 146, 147
износ деталей 76, 77
кристаллизация льда, условия 55
образование пусковых пробок 95
ел.
с принудительным воспламенением
94, 95
Тормозные жидкости 360 ел.
Трансмиссионные масла 251 ел.
Трение, характеристика процесса 208
ел.
Турбинные масла 266
Уплотнительные смазки 333 ел.
Фракционный состав дизельных
топлив 132, 133
Хранение топлив, потери 57 ел.
Цетановое число 137 ел.
Цилиндровое масло 268, 269
Число пенетрации 289
Электризация нефтепродуктов 89 ел.
Этиловые жидкости 112, 1J3

Андрей Александрович Гуреев
Игорь Григорьевич Фукс
Вадим Левонович Лашхи
химмотология
Редактор И. А. Захарьянц
Художественный редактор К. К. Федоров
Технический редактор Н. Ю. Ефимова
Корректор М. В. Черниховская
ИБ № 1517
Сдано в наб. 30.08.85. Подп. в печ. 06.02.86. Т. 07309. Формат
бумаги 60X90Vi6. Бумага кн. журн. Гарнитура литературная.
Печать высокая. Усл. печ. л. 23,0. Усл. кр.-отт. 23,0. Уч.-изд.
л. 26,08. Тираж 5300 экз. Заказ № 1354. Цена 1 р. 20 к.
Изд. № 2490.
Ордена «Знак Почета» издательство «Химия». 107076,
Москва, Стромынка, 21.
Московская типография № 11 Союзполиграфпрома при
Государственном комитете СССР по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли. Москва, 113105, Нагатинская
ул., д. 1.