Преимущества и недостатки биотоплив

Преимущества:

1. Использование возобновляемых сырьевых источников.

2.Эфиры растительных масел подвергаются практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней

перерабатывают 99% эфиров растительных масел.

3. Низкая стоимость производства вследствие относительно простой технологии и низких энергозатрат.

4. Побочный продукт производства эфиров растительных масел – глицерин, востребован во многих отраслях народного хозяйства.

Недостатки:

1. Высокая адгезия (прилипаемость к стенкам трубопроводов и резервуаров), высокая гигроскопичность.

2. При использовании биодизеля мощность дизельного двигателя снижается на 5-8%.

3. Повышенная вязкость и высокая температура застывания эфиров растительных масел. Ухудшение запуска двигателей при температуре ниже -15⁰С.

4. Низкая термостабильность ивысокая склонность эфиров растительных масел к разложению: биодизель не рекомендуется хранить более трех месяцев. Катализатором процесса разложения эфиров растительных масел является наличие в топливе кислорода, воды, примесей, повышенная температура. Продуктами разложения являются органические кислоты.

5. Метиловые эфиры жирных кислот – химически активные (агрессивные) жидкости. Они вызывают высыхание, затвердение и разрушение резинотехнических изделий, коррозию агрегатов и трубопроводов топливной системы.

6. Повышенное количество углеродистых отложений метилового эфира на поверхности камеры сгорания и закоксовывание сопловых отверстий распылителей форсунок через 100-200 часов работы.

Попадание следов биодизеля в авиационный керосин приводит к снижению его термостабильности и в ряде случаев к отказу системы регулирования.

 

3.11. Эксплуатационные свойства присадок к топливам

Присадки – вещества, добавляемые в незначительных количествах к топливам для улучшения их эксплуатационных свойств

Присадки к топливам по своему назначению подразделяются на антиоксиданты, противоводокристаллизационные, антистатические, ингибиторы коррозии, улучшающие противоизносные свойства топлив, деактиваторы металлов, биоцидные и др. Известны также многофункциональные присадки» обладающие одновременно, например, противокоррозионными, антиокислительными и противоизносными свойствами. Сочетания положительных свойств обычно достигают разработкой композиции присадок-синергистов, воздействующих одно на другое в направлении усиления эффективности каждой отдельной присадки.

Антиокислительные присадки при хранении и транспортировании топлив снижают интенсивность окислительных процессов. В результате уменьшается образование уплотненных продуктов окислительной полимеризации и интенсивность воздействия продуктов окисления на полисульфидные герметики и уплотнительные материалы на основе нитрильных резин.

Ингибитор окисления Агидол добавляется в гидроочищенные топлива, поскольку при гидрогенизационной обработке из таких топлив удаляются природные ингибиторы окисления - гетероатомные соединения. Механизм дейст­вия антиокислителей заключается во взаимодействии их с активными радика­лами, дающими начало окислительным цепным процессам и с гидропероксидами. Присутствие в топливах антиокислителя снижает образование смол и кислот при температурах до 150°С. Расход многих антиокислительных приса­док резко возрастает в присутствии катализаторов окисления - главным обра­зом меди и ее сплавов.

Деактиваторы металлов. Катализ окисления углеводородных топлив ионами металлов заключается в генерировании радикалов, обусловливающих развитие окислительных цепей и требующих дополнительного расхода деактиватора на вывод из сферы реакции вновь образующихся пероксидных радикалов. Восстановление металла протекает только с участием антиокислителей, которые в некоторые топлива вводят специально; в прямогонных топливах ими являются фенолы и серосодержащие соединения, присутствующие в них. К деактиваторам металлов относятся салицилидены, аминофенолы и др.

Противоизносные присадки. Действие противоизносных присадок основано на формировании в условиях высоких контактных температур и нагрузок на трущихся поверхностях хемосорбционного слоя, обладающего хорошими фрикционными качествами.

Разработана и испытана отечественная присадка «К». По результатам испытаний она рекомендована к применению. За рубежом в качестве противоизносной присадки применяется ингибитор коррозии Сантален С (всего же та­ких присадок более десятка).

Противоводокристаллизационные (ПВК) присадки. В качестве таких присадок применяют этилцеллозольв (жидкость «И») и его смесь с метанолом (жидкость «И-М»). Действие присадок обусловлено повышением растворимости воды за счет образования водородной связи между молекулами присадки и воды. До тех пор, пока содержание воды в топливе не превышает ее растворимости в этом топливе при данной температуре, вода в присутствии присадки находится в молекулярном несвязанном состоянии. Избыточная, выделяющаяся из топлива при данных условиях вода в свободном состоянии ассоциируется присадкой. При этом ассоциат включает как минимум четыре молекулы воды. При высоком содержании свободной воды и недостаточной концентрации присадки часть воды может выделяться в виде капель вместе с присадкой в соотношении, соответствующем коэффициенту распределения между топливом и присадкой. В результате капли воды кристаллизуются при более низких отрицательных температурах, чем в отсутствии ПВК-присадки, что и в этом случае предотвращает образование кристаллов льда. В авиации ПВК-присадки «И-М» вводят в топливо при заправке самолета. Отравление противоводокристаллизационными присадками проявляется в виде головной боли, рвоты, слабости, опьянения, потери сознания.

Биоцидные присадки. Применяют за рубежом в районах с тропическим и субтропическим климатом для подавления жизнедеятельности микроорганиз­мов. Биоцидные присадки стерилизуют водную фазу в топливе, наличие которой обусловливает развитие микроорганизмов. В качестве биоцидных присадок применяются присадки Biobor и Kathon ЕР. Биоцидным действием обладает также метилцеллозольв, представляющий собой компонент противоводокристаллизационной присадки.

 

Авиационные масла. Смазки

4.1. Назначение; классификация смазочных материалов

Основное назначение смазки любого механизма – уменьшение износа трущихся деталей и снижение мощности, затрачиваемой на трение.

Кроме того, смазочные материалы выполняют такие важные функции, как:

- отвод тепла, вызванного внутренним (из-за трения) и внешним нагревом деталей машин; - предохранение деталей от коррозии;

- вынос продуктов изнашивания из пространства между трущимися поверхностями.

В зависимости от агрегатного состояния смазочные материалы подразделяются на твердые, пластичные (консистентные) и жидкие.

К твердым смазкам относят графит, дисульфид молибдена МоS₂, слюда, тальк и др. Эти смазки находят как самостоятельное применение, так и в качестве присадок к маслам и пластичным смазкам.

Консистентные или пластичные смазки в обычных условиях (при комнатной температуре и в отсутствие внешних механических воздействий) ведут себя как твердые вещества: сохраняют форму, удерживаются на вертикальных поверхностях, не вытекают из узлов трения.

В то же время под воздействием нагрузок, превышающих предел их прочности, смазки начинают течь, выполняя заданные смазочные функции. При снятии нагрузок, смазки вновь становятся пластичными.

Жидкие масла – наиболее распространенный класс смазочных материалов, используемых в самих разнообразных узлах трения.

В зависимости от назначения смазочные материалы подразделяются на:

- моторные масла, предназначенные для смазки поршневых двигателей;

- масла для смазки газотурбинных, турбовинтовых и турбореактивных двигателей;

- турбинные масла - для смазки и охлаждения подшипников турбо агрегатов (гидротурбин, турбонасосных агрегатов и т.п.);

- компрессорные масла – для смазки и уплотнения деталей поршневых компрессоров;

- трансмиссионные масла – для смазки зубчатых передач трансмиссий различного назначения;

- гидравлические масла, представляющие собой несжимаемые рабочие жидкости и служащие для передачи энергии в гидросистемах и смазки узлов трения;

- консервационные масла – для защиты от коррозии трущихся деталей при длительном хранении;

- уплотнительные масла и смазки – для герметизации узлов трения.

По роду исходного сырья смазочные материалы (масла) подразделяются на: - минеральные (нефтяные); - растительные; -животные; - синтетические.

 

4.2. Основные сведения о производстве и свойствах минеральных (нефтяных) и синтетических масел

Основным сырьём для производства минеральных масел служат мазуты - остатки от прямой перегонки нефти. производители масел разрабатывают схемы и рецептуры их производства, включающие следующие процессы:

- производство базовых масел из нефтяного сырья или синтетические основы;

- производство функциональных присадок, обеспечивающих основные требования по эксплуатации масел и создание оптимальных пакетов присадок, обладающих наилучшими характеристиками при их смешении со специально подобранными базовыми маслами:

- производства по смешению (блендингу) базовых масел с пакетами присадок, предназначенных для выпуска основного ассортимента товарной продукции, соответствующей требованиям нормативных документов (ГОСТов, ТУ, спецификаций) и допущенных к применению в конкретных типах двигателях, агрегатах и приборах.

 

4.2.1.Получение основ нефтяных масел

Базовые масла обычных технологий получают из одного или смеси нескольких минеральных компонентов (дистиллятных, остаточных), прошедших обработку по классической схеме: селективная очистка или экстракция растворителями – депарафинизация растворителями – очистка адсорбентами. Использование обычных технологий позволяет получить базовые масла со свойствами, достаточными для производства на их основе моторных масел начального уровня качества. В зависимости от химического состава используемой в качестве сырья нефти, различают два типа базовых масел обычных технологий – парафиновые и нафтеновые.

Исходным сырьем для получения базовых масел служат мазуты (остатки от прямой перегонки нефти). Основным способом переработки мазута по масляной схеме является фракционная перегонка. При этом из более легкокипящих фракций мазута получают дистиллятные базовые масла (БМ).

После отгона из мазута масляных дистиллятов, в остатке получают гудрон или, при менее глубоком отборе - полугудрон. Гудроны и полугудроны используют для получения высоковязких, так называемых остаточных БМ.

Мазуты выкипают в широком интервале температур, причем температура кипения при атмосферном давлении большинства масляных фракций лежит выше температуры их разложения (крекинга). Поэтому фракционную перегонку мазута проводят при пониженном давлении в присутствии водяного пара.

На рис 4.1. показана схема вакуумной установки. Мазут сырьевым насосом прокачивается через теплообменники 9 и 11, нагревается в них за счет тепла отходящих дистиллятов и гудрона и затем прокачивается через трубчатую печь 4, откуда с температурой 420°С попадает в ректификационную колонну 3. Колонна представляет собой высокий стальной цилиндр с теплоизоляцией, которые изнутри оборудованы специальные горизонтальные перегородки (так называемые тарелки) с отверстиями, а иногда, особой конструкции колпачки, обеспечивающие многократный контакт жидкости и пара в противотоке перемещающимися по длине колонны. Схема работы ректификационной тарельчатой колонны была приведена на рис 2.1 в главе 2.1.

За счет этих многократных контактов обеспечивается оптимальное фракционирование смеси, позволяющее выделить из нее на определенных уровнях по высоте колонны узких фракций нефтепродуктов с заранее известными свойствами. Здесь мазут разделяется на отдельные фракции, масляные дистилляты с различной вязкостью.

Рис 4.1. Схема вакуумной установки

1-эжектор; 2- барометрический конденсатор; 3 – ректификационная колонна; 4 – печь; 5 – вентилятор; 6 – дымовая труба; 7 – подогреватель воздуха; 8 – сырьевой насос; 9 – дистиллятные теплообменники; 10 – холодильник; 11 – мазутные теплообменники; 12 – насос; 13 – колодец

С низа колонны отбирают полугудрон и гудрон. В вакуумных трубчатых установках мазут нагревается без разложения до 425°С. Это достигается за счет непродолжительного пребывания мазута в трубчатых печах и вакуума 250-350 ммрт.ст.

С повышением температуры нагревания и испарения мазута (в условиях, исключающих возможность его разложения) увеличивается глубина отбора из него масляных дистиллятов, особенно за счет вязких углеводородов.

Полученные путем перегонки мазута масляные дистилляты и остатки состоят из смеси углеводородов различных классов и содержат сернистые соединения. К их числу относятся асфальто-смолистые вещества, нафтеновые кислоты, ароматические углеводороды и др.

Масляные дистилляты и остатки являются полупродуктами для получения товарных БМ. Чтобы получить готовые масла, необходимо освободить их от вредных примесей. Наиболее просты способом очистки масляных дистиллятов является выщелачивание, т.е. обработка растворами щелочей для удаления кислых соединений.

Лучшие результаты дает кислотно-щелочная очистка, которая заключается в обработке масляного полупродукта концентрированной серной кислотой (96-98%), а затем щелочью. При этом происходит отделение асфальто-смолистых веществ, части нафтеновых кислот и тяжелых полиароматических углеводородов, склонных к сульфированию, которые при высокой температуре вступают в реакцию с серной кислотой и удаляются из масла. Затем эти полупродукты обрабатываются натриевой щелочью, которая нейтрализует органические кислоты и остатки серной кислоты. Для удаления остатка щелочи и солей часто используют сушку масла горячим воздухом. Кислотно-щелочным способом многие годы проводилась очистка дистиллятных масел.

Наряду с кислотной очисткой при получении вязких остаточных БМ, широко использовалась очистка с применением мелкоразмолотой белой глины. При контакте с горячим маслом глина адсорбирует на своей поверхности асфальто-смолистые вещества, остатки серной кислоты и кислого гудрона. После этого глину отделяют с помощью фильтров. Очистка масла с обработкой серной кислотой и отбеливающей глиной путем контактного фильтрования носит название кислотно-контактной очистки. Однако сегодня, по соображениям экологической безопасности, от этого способа очистки БМ практически полностью отказались.

При переработке мазутов, содержащих значительное количество полициклических ароматических углеводородов с большим количеством бензольных колец и короткими алифатическими цепями в молекулах, легко окисляющихся и ухудшающих вязкостно-температурные характеристики товарных масел, описанные выше способы очистки оказываются недостаточными. Поэтому с ростом потребления БМ и необходимостью перерабатывать мазуты не только отборных масляных нефтей, ресурсы которых в последнее время исчерпались, но и менее качественных. Получила распространение селективная очистка, т.е. очистка с применением селективных (избирательных) растворителей. Этот метод очистки основан на подборе растворителей, обладающих при определенной температуре и соотношении количества растворителя и очищаемого масла разной растворяющей способностью к нежелательным и полезным компонентам БМ.

При отстаивании смеси БМ с растворителем, она расслаивается на рафинатный слой, состоящий из масла, из которого удалены нежелательные компоненты (рафинат), и экстрактного слоя, представляющего собой раствор удаленных из масла компонентов (экстракта) в растворителе.

После селективной очистки, а иногда также и перед ней производят дополнительную контактную очистку масла. В качестве селективных растворителей долгие годы использовали фурфурол, фенол, нитробензол.

Фурфурол (С₅Н₄О₂) – бесцветная жидкость с приятным запахом хлеба; ядовит; плотность при 25°С – 1,155 г/см³, температура кипения 161,7°С.

Он обладает хорошей селективностью, но ограниченной растворяющей способностью, вследствие чего его применяют в относительно большом количестве (до 150 – 400%) к очищаемому маслу.

Фенол (С₆Н₅ОН) - бесцветное кристаллическое вещество, с температурой плавления 40,9°С и температурой кипения 181,75°С. Плотность фенола при 41°С – 1,05 г/см³. Фенол имеет характерный запах, обладает несколько меньшей селективностью, чем фурфурол, но хорошей растворяющей способностью. При фенольной очистке значительно (на 30-50%) снижается содержание серы в масле.

Нитробензол - С₆Н₅NO₂ имеет следующую структурную формулу:

NO₂

Нитробензол принадлежит к числу эффективных селективных растворителей. Отличается высокой токсичностью. Температура кипения 211°С, температура плавления 5,76°С, плотность при 15°С - 1,2 г/см³.

Для получения высококачественных вязких светлых остаточных масел применяют селективную очистку парными растворителями, из которых один селективно растворяет компоненты, подлежащие удалению, а другой - полезные компоненты масла.

Таким способом обеспечивается очень четкая хорошая очистка. В качестве растворителей при этом применяют технический крезол. представляющий смесь о-крезола с п-крезолом

Используется, в частности, смесь крезолов с 30-50% фенола и технического пропана (С₃Н₈). Процесс проводят при повышенном давлении (до 2,0 мПа). Рафинат дочищают отбеливающей глиной.

В последние годы получил широкое распространение новый процесс селективной очистки БМ с применением в качестве селективного реагента N-метилпирролидон. Он обладает большой растворяющей способностью к ароматическим углеводородам, но недостаточно селективен. При смешении его с другими специально подобранными растворителями, имеющими близкую температуру кипения, можно получить смесь, обладающую, наряду с хорошей растворяющей способностью, высокой селективностью. В качестве второго такого растворителя в промышленности используют этиленгликоль.

N-метилпирролидон: температура плавления -24°С, температура кипения 202°С; плотность при 20°С 0,8089 г/см³,смешивается с водой и органическими растворителями. Основным преимуществом его применения в качестве селективного растворителя – малая токсичность и отсутствие экологически вредных побочных продуктов процесса. В настоящее время все новые технологические установки получения БМ строятся и эксплуатируются преимущественно с применением последнего в качестве селективного растворителя.

При производстве БМ из минерального сырья по новейшим технологиям применяют метод гидроочистки. Процессы гидропереработки могут заменить частично или полностью классические методы обработки нефтяного сырья. Минеральные компоненты, получаемые при использовании этих процессов называются гидропроцессингами. Качество гидропроцессинговых БМ зависит от совершенства и глубины процессов нефтепереработки. На этом основании следует различать гидроочищенные и гидрокрекинговые БМ.

Гидроочистка - каталитический метод очистки вакуумного газойля. Процесс гидроочистки применяют при облагораживании компонентов смазочных масел типа VHVI базовых масел с повышенным индексом вязкости (базовые масла второй группы) и парафинов с целью снижения содержания серы. Гидроочистка проводится при температуре 380-420°С и давлении водорода 2,5–4,0 мПа в присутствии алюмокобальт-молибденовых (АКМ) или алюмоникельмолибденовых (АНМ) катализаторов. При этом гидрируются непредельные соединения в предельные, а соединения, содержащие кислород и серу, - в воду и сероводород. В этом процессе при использовании специальных катализаторов достигается высокая степень гидрирования ароматических соединений и изомеризация н-парафинов в изопарафины.

Каталитический гидрокрекинг и последующая гидроизомеризация являются наиболее сложными гидрогенизационными процессами, позволяющими получить гидрокрекинговые БМ, приближающиеся по своим свойствам к синтетическим. По этой причине некоторые производители называют такие масла гидросинтетическими.

4.2.2.Химический состав минеральных масел

В масляных дистиллятах содержатся парафиновые углеводороды нормального и изостроения (C_nH_2n+2), нафтеновые углеводороды, содержащие пяти- и шестичленные циклы с парафиновыми боковыми цепями разной длины, ароматические углеводороды (поли- и моно-циклические), а также нафтеноароматические (с парафиновыми боковыми цепями), смолисто-асфальтеновые вещества, серу-, азот- и кислородсодержащие органические соединения. По сравнению с другими углеводородами парафиновые углеводороды имеют наименьшую вязкость, наиболее пологую вязкостно-температурную характеристику и наибольший индекс вязкости.

Нафтеновые и изопарафиновые углеводороды являются основой нефтяных масел и их содержание, в зависимости от характера нефти и температурных пределов выкипания нефтяных масляных фракций, составляет от 50 до75% массы масла. От структурных особенностей нафтеновых углеводородов зависят их физико-химические свойства и ряд эксплуатационных свойств: так, чем больше колец в молекуле, тем вышеих температура кипения; чем больше атомов углерода в боковых цепях, тем выше вязкость и индекс вязкости. При одном и том же числе атомов углерода в боковой цепи, с увеличением степени разветвлённости цепи, температура застывания масла понижается,

От содержания СН- групп в боковых цепяхи их положения зависит стабильность нафтеновых углеводородов против окисления молекулярным кислородом.

Ароматические и нафтеноароматические углеводороды присутствуют в легких масляных фракциях (350-400⁰С) в виде гомологов бензола и нафталина, в более тяжелых фракциях (400-450⁰С) содержатся моно-, би- и даже трициклические ароматические соединения.

Сероорганические соединения В высококипящих фракциях нефти, идущих на производство масел, скапливается 60-70% сероорганических соединений от содержащих в исходной нефти. Сероорганические соединения тяжелых фракций нефти принадлежат в основном к сульфидам, в том числе к производным тиофенам, сконденсированным с ароматическим или нафтеновым циклами.

В процессе производства значительная часть сероорганических соединений извлекается, однако, некоторое количествоих присутствует в маслах, изготовленных из малосернистых нефтей (0,16%).

В маслах из сернистых нефтей этих соединений содержится в 10 - 15 раз больше и составляет 0,5 - 1,5%, что при учёте молекулярной. массы масел соответствует 10 – 15% сероорганических соединений.

Таким образом, в маслах, получаемыхиз сернистых нефтей, производные серы, наряду с парафинонафтеновыми и нафтеноароматическими соединениями, являются основными компонентами.

В зависимости от состава серосодержащие соединения больше или меньше влияют на противоизносные, противозадирные свойства и на стабильность при окислении, в связи с чем, присутствие этих соединений является положительным. Основное количество серосодержащих соединений содержится в присадках, входящих в промышленно производящиеся пакеты широко используемые при производстве товарных масел. С другой стороны, с точки зрения экологии, стремятся снижать содержание подобных соединений в составе базовых масел.

Азотсодержащие соединения входят в состав сукцинимидных присадок, широко использующихся при производстве современных сортов товарных масел, постепенно вытесняющих серу и фосфорсодержащие присадки из рецептур последних. Внедрение подобных присадок связано с ужесточением экологических требований к товарным маслам. Старые рецептуры масел, содержащие серу и фосфорсодержащие противоизносные и противозадирные присадки при высоких температурах выделяли чрезвычайно токсичные серу и фосфорорганические соединения, пагубно влиявшие на окружающую среду.

Смолисто-асфальтеновые вещества содержатся в основном в высококипящих нефтяных масляных фракциях. Они относятся к классу полигетероциклических соединений, содержащих в цикле, кроме углерода и водорода, азот, серу, кислород, а иногда и различные металлы.

По принятой классификации смолисто-асфальтеновые вещества делят на смолы, асфальтены, карбены и асфальтогеновые кислотыи их ангидриды.

Нефтяные кислоты способны коррозионно воздействовать наметаллы (свинец, олово, цинк, медь...), образуя соответствующие соли, которые за исключением солей щелочных металлов, не растворимы в воде.

Металлоорганические соединения представлены в нефтяных фракциях производными ванадия, никеля, железа, меди, мышьяка и многих других металлов. Особенно много металлов содержится в высокосернистых, высокосмолистых нефтях, причём основная часть ихсосредоточена в тяжелых фракциях и в гудроне. Все металлопроизводные, находясь в маслах даже в очень незначительных количествах, могут катализировать окисление компонентов масла в процессе эксплуатации и поэтому являются нежелательными.

 

4.3. Синтетические базовые масла

Представляют собой маслообразные жидкости – полимеры или олигомеры, полученные методом синтеза из различных мономеров. Свойства синтетических жидкостей зависят от химического строения, которое является основным критерием их классификации:

- углеводородные масла на основе полиальфаолефинов, изопарафинов или алкилбензола;

- диэфирные масла на базе двухосновных кислот и одноатомных спиртов;

- полиэфирные масла на основе эфиров полиолов, полигликолевых эфиров или эфиров фосфорной кислоты;

- фторуглеводородные масла;

- силиконовые масла.

Отдельные свойства исключают возможность применения некоторых синтетических жидкостей в качестве основных компонентов авиационных масел:

- полиэфирные масла на основе эфиров фосфорной кислоты имеют недостаточные индексы вязкости;

- фторуглеводородные масла имеют низкую температуру кипения и плохие вязкостно-температурные характеристики;

- силиконовые масла не смешиваются с минеральными и обладают недостаточными смазывающими и противоизносными свойствами.

Полиальфаолефины (ПAO) являются углеводородными синтетическими жидкостями. В промышленных объемах их получают путем синтеза молекул децена в олигомеры или полимеры с короткими цепями.

Высокие индексы вязкости позволяют использовать масла на основе полиальфаолефинов в широком диапазоне температур. Отсутствие примесей соединений серы и металлов обеспечивает высокие антикоррозионные свойства. Хорошая смешиваемость с минеральными маслами позволяет использовать полиальфаолефины в качестве синтетического компонента, применяемого при производстве полусинтетических масел.

Благодаря невысокой стоимости в сравнении с другими синтетическими, полиальфаолефиновые масла являются наиболее широко используемыми в мире синтетическими маслами. Несмотря на то, что в последние годы гидрокрекинговые масла приблизились по качеству и за счет более низких цен отвоевали значительную долю рынка базовых масел, ранее принадлежавшую полиальфаолефиновым, последние все еще обладают рядом существенных преимуществ:

- очень низкие температуры застывания (в связи с отсутствием линейных парафинов);

- высокие термостабильность и стойкость к окислению (отсутствие ненасыщенных углеводородов);

- малая летучесть и коксуемость, обеспечиваемые однородностью состава.

Эти преимущества особенно важны, в связи с увеличивающимся потреблением маловязких моторных масел, рассчитанных на удлиненные интервалы замены и более высокотемпературным режимам работы в узлах трения. К недостаткам полиальфаолефиновых масел следует отнести:

- худшую, по сравнению с минеральными маслами, растворяющую способность по отношению к некоторым типам присадок;

- худшую совместимость с эластомерами (вызывают усадку резиновых уплотнений с потерей их эластичности).

Оба эти недостатка устраняют путем добавления небольших количеств сложных эфиров. К сожалению, в настоящее время, отечественная промышленностьпроизводит полиальфаолефины, которые невозможно использовать при производстве современных авиамасел. Производителям масел в России, в основном, приходится пользоваться импортными продуктами названного класса. Остается надеяться на то, что в ближайшем будущем от этой порочной практики отечественные производители авиационных масел откажутся, перейдя на отечественные продукты.

Диэфиры получают при взаимодействии двухосновных кислот с одноатомными спиртами или одноосновных кислот с многоатомными спиртами. Диэфиры имеют более разнообразную структуру, чем ПАО.

Они обладают хорошей смешиваемостью с минеральными маслами. В сравнении с минеральными, масла на базе диэфиров обладают более высокими индексами вязкости и термостабильностью, более низкими температурами застывания, меньшей летучестью и огнеопасностью. Высокая растворяющая способность позволяет растворять лаки и шлам, поддерживая чистоту деталей двигателя. На практике, диэфирные масла способны удалять в двигателе отложения, образовавшиеся в результате использования других масел.

Недостатком диэфирных синтетических масел является их повышенная агрессивность в отношении натуральных и синтетических резинотехнических изделий. Они вызывают набухание и размягчение резиновых прокладок, сальников и т.п. По этой причине их следует использовать с химически инертными уплотнительными материалами.

Полиэфиры. В качестве основы для производства синтетических авиационных масел нашел широкое применение эфир пентаэритрита (ПЭТ). Пентаэритрит получают взаимодействием формальдегида с ацетальдегидом в присутствии Са(ОН)₂.Имеет формулу С(СН₂ОН)₄;

В результате реакции этерификации с синтетическими жирными кислотами С₅ – С₉ получают эфир пентаэритрита, обладающий хорошими высокотемпературными свойствами. Масла на его основе успешно выдерживают температуру до +250°С без изменения своих физико-химических характеристик.

 

4.3.1. Кремнийорганические соединения

Одним из важных классов органических соединений, нашедших в последние десятилетия широкое использование в качестве специальных смазочных масел и жидкостей в авиатехнике стали полимерные кремнийорганические соединения.

В отличие от природных нефтяных масел, состоящих из углеводородов - соединений, у которых молекулярная цепь образована из атомов углерода, полисилоксаны имеют в своей основе цепочку из чередующихся атомов кремния и кислорода, так называемую силоксановую группировку:

│ │ │ │

- Si – O – Si – O – Si – O – Si –

│ │ │ │

К атомам кремния в виде боковых цепей присоединены углеводородные и другие органические радикалы различного строения. В зависимости от длины молекулярных цепей, строения и состава боковых цепей, полисилоксаны имеют различные физические и химические свойства.

Отличительными свойствами многих кремнийорганических продуктов являются их устойчивость к высоким температурам и окислению, сопротивляемость к действию влаги и хорошие вязкостно-температурные свойства. Кремнийорганические соединения занимают первое место среди других синтетических жидкостей по вязкостно-температурным характеристикам.

Хорошая термостойкость кремнийорганических соединений позволяет использовать их в качестве теплоносителей в условиях длительной эксплуатации при +350°С.

Кремнийорганические соединения могут быть основой для получения синтетических смазочных масел, работоспособных при высоких температурах, характерных для мощных реактивных двигателей.

Практическое значение в качестве смазочных масел и жидкостей получили полимеры с метильными и этильными радикалами. Первые отвечают общей формуле:

┌ ┐

│ СН₃│

│ │ │

│ - Si – O - │

│ │ │

│ CH₃ │

└ ┘n

и называются метилсилоксанами или метилсиликонами, вторые отвечают общей формуле:

┌ ┐

│ С₂ Н₅ │

│ │ │

│ - Si – O - │

│ │ │

│ C₂H₅ │

└ ┘n

и называются этилсилоксанами или этилсиликонами. Известны также фенилполисилоксановые соединения, содержащие в боковой цепи фенильные радикалы, смешанные алкиларилполисилоксаны, например, метилфенил- и этилфенилполисилоксаны.

Полисилоксаны представляют собой бесцветные прозрачные маслянистые жидкости различной вязкости. Они хорошо растворяются в углеводородах и не растворяются в воде, спиртах и других полярных растворителях.

 

4.4. Характеристика основных видов трения

При движении одного тела по поверхности другого возникает сила трения.

Трение подразделяется на статистическое (трение покоя) и трение движения.

В свою очередь трение движения подразделяется на:

- трение скольжения (первого рода), которое имеет место при контакте трущихся поверхностей по определенной площадке;

- трение качения, возникающее при соприкосновении трущихся поверхностей по линии или в одной точке (трение второго рода).

Трение скольжения подразделяется на 4 вида: сухое трение, граничное трение, полужидкостное и жидкостное.

Для оценки потерь мощности на трение используют коэффициент трения f, представляющий собой отношение силы трения F к нагрузке N:

(4.1)

Сухое трение подчиняется закону Амонтона, который гласит, что коэффициент трения не зависит от площади контакта трущихся поверхностей. Это означает, что при одной и той же нагрузке N, силы трения и маленького и большого кубиков, скользящих по одной и той же поверхности одинаковы (рис 4.2).

В результате коэффициент трения не зависит от нагрузки и, если N₁ = N₂,то F₁ = F₂.

Граничное трение возникает при наличии тончайшего слоя масла (пленки). При граничной смазке на выступающих участках поверхности материал пленки полностью вытесняется и возникает контакт металл-металл. Граничная смазка возникает при высоких нагрузках, а также в начальный период работы механизма и требует применения противоизносных и противозадирных присадок.

N₁

 

N₂

N₁

F₁N₂F₂

Рис 4.2 Соотношение между нагрузкой и силой трения.

Жидкостным называется такое трение, при котором трущиеся поверхности отделены друг от друга слоем смазочного материала. В этом случае трение происходит между слоями масла и определяется, в основном, его вязкостью. Жидкостный режим смазки является наиболее приемлемым для трущихся деталей, так как он обеспечивает малые потери мощности на трение и малый износ деталей. Коэффициент жидкостного трения лежит в пределах 0,01…0,001.

Теория жидко<