Шпаргалка по "Металлургии"

Вопрос 1. Химический состав нефти.

      Нефть (греч. ναφθα, или через тур. neft, от персидск. нефт; восходит к аккад. напатум - вспыхивать, воспламеняться) - природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых органических соединений.

      По цвету, нефть бывает красно^-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть, имеет специфический запах, распространена в осадочных породах Земли.

Сегодня нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых. 
      Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5-6 км. Однако на глубинах свыше 4,5-5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1-3 км. На малых глубинах и при естественных выходах на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и другие образования - например, битуминозные пески и битумы.

      По химическому составу нефть представляет собой смесь различных углеводородов, сернистых, кислородных и азотистых соединений.

      В состав нефти входят углеводороды трех классов: парафиновые, нафтеновые и ароматические. В нефтепродуктах могут содержаться, иногда в значительных количествах, непредельные углеводороды, образующиеся в процессе переработки нефти и нефтепродуктов.

      Парафиновые углеводороды являются гомологами простейшего углеводорода метана (СН₄). При последовательном замещении атомов водорода метана на радикал (СН₃₎ называемый метильной группой, получается гомологический ряд парафиновых углеводородов.

Общая формула парафиновых  углеводородов СnН2n+2.

Начиная с метана (СН4), эти углеводороды газообразные, начиная с пентана (С5Н12) - жидкие, а с гексадекана (С16Н34) - твердые.

      Твердые и газообразные углеводороды растворены в жидких. При повышении температуры испаряются газообразные углеводороды, а при понижении температуры выпадают твердые парафины.

      Нафтеновые углеводороды имеют циклическое строение.

Общая эмпирическая формула  их СпН2п. В молекулы нафтеновых углеводородов входят замкнутые кольца атомов углерода. Циклическое строение этих углеводородов обусловливает их высокую химическую прочность.

      Ароматические углеводороды имеют общую формулу СnHn-6. Наиболее важным ароматическим углеводородом является бензол (С6Н6). 

Ароматические углеводороды легко вступают в реакции замещения, образуя фенол, нитробензол и другие.

      Непредельные углеводороды образуются в результате переработки нефти. Между атомами углерода существуют двойные или тройные непрочные связи, легко разрушаемые под действием температуры. В связи с малой стабильностью непредельных углеводородов из них образуются оксиды, кислоты, смолисто-асфальтовые вещества.

Кислородные соединения в нефти, как правило, состоят  из органических кислот и смолисто-асфальтовых  веществ. Органические кислоты чаще всего представлены нафтеновыми  кислотами, которые хорошо растворяются в нефти и сильно корродируют цветные металлы, например, свинец, цинк.

      Смолисто-асфальтовые вещества подразделяются на нейтральные смолы, асфальтены, карбены, карбоиды и асфальтогеновые кислоты. Нейтральные смолы представляют собой высокомолекулярные компоненты нефти с нейтральными свойствами.

В различных нефтях может  содержаться от 1,5 до 40 % смол.

      Асфальтены — это твердые хрупкие вещества обычно черного цвета, не плавящиеся при нагревании и нерастворимые в бензине.

      Карбены представляют собой продукты уплотнения асфальтенов. Это твердые вещества с плотностью больше единицы. Они нерастворимы в бензоле.

      Карбоиды образуются в результате уплотнения и полимеризации углеводородов при термическом разложении нефти. Они состоят в основном из углерода и небольшого количества водорода, практически нерастворимы в органических и минеральных растворителях.

      Асфальтогеновые (полинафтеновые) кислоты - это полутвердые или твердые вещества, малорастворимые в бензине.

      Непосредственно сырая нефть практически не применяется (сырая нефть наряду с нерозином применяется для пескозащиты - закрепления барханных песков от выдувания ветром при строительстве ЛЭП и трубопроводов).

Для получения из неё  технически ценных продуктов, главным  образом моторных топлив, растворителей, сырья для химической промышленности, её подвергают переработке.

Нефть занимает ведущее  место в мировом топливно-энергетическом балансе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос № 23. Вязкостно-температурная характеристика масел.

      Вязкость - важнейшее свойство масла. Ее изменение в зависимости от температуры определяет границы температурного диапазона применения масла.

      При низких температурах масло не должно иметь большую вязкость, чтобы обеспечить холодный пуск двигателя (проворачивание стартером) и прокачивание насосом по системе смазки.

      При высоких температурах масло не должно иметь очень малую вязкость, чтобы поддерживать необходимое давление в системе и надежно создавать смазывающую пленку между трущимися деталями.

По величине вязкости и ее изменению в зависимости  от температуры масла разделяют:

•   зимние - благодаря небольшой вязкости обеспечивают холодный пуск при низких, но не обеспечивают надежного смазывания двигателя при высоких температурах;
•   летние - не обеспечивают холодный пуск при температуре окружающего воздуха ниже 0°С, но благодаря большой вязкости   надежно смазывают двигатель при высоких температурах;
•   всесезонные - при низких температурах обладают вязкостью зимних, а при высоких - летних масел. Всесезонные масла вытесняют летние и зимние по двум причинам: нет необходимости заменять их при смене сезона и они более эффективны как энергосберегающие.

      Кроме вязкости эксплуатационные характеристики масла определяются противоизносными моющими, антиокислительными и антикоррозионными свойствами. 
      Вязкостные характеристики, таким образом, являются первыми и самыми важными элементами классификации моторных масел.

Любые добавки, в том  числе и модификаторы, повышают его  цену, поэтому всегда необходимо выбирать правильное отношение свойств масла и условий его эксплуатации. 
      Основой для подбора конкретной марки являются требования производителя автомобиля к применяемым маслам и жидкостям, приведенные в инструкции по эксплуатации.

      Обычно, помимо формальных требований (спецификаций) на используемые продукты, там также в качестве примера приводятся конкретные марки масел или ссылки на фирмы-производители смазочных материалов.

      Если же автомобиль уже далеко не новый и сведений, приведенных в инструкции по эксплуатации недостаточно (или они просто устарели), то необходимо самостоятельно выбрать марку масла для двигателя или трансмиссии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос № 30. Классификация  трансмиссионных масел.

      Трансмиссионные масла предназначены для применения в узлах трения агрегатов трансмиссий легковых и грузовых автомобилей, автобусов, тракторов, тепловозов, дорожно-строительных и других машин, а также в различных зубчатых редукторах и червячных передачах промышленного оборудования.

      Трансмиссионные масла представляют собой базовые масла, легированные различными функциональными присадками: депрессорной, противозадирной, противоизносной, антиокислительной, антикоррозионной, противоржавейной, антипенной и др. В качестве базовых компонентов используют минеральные, частично или полностью синтетические масла.

      Трансмиссионные масла работают в режимах высоких скоростей скольжения, давлений и широком диапазоне температур. Их пусковые свойства и длительная работоспособность должны обеспечиваться в интервале температур от -60 до +150 °С. Поэтому к трансмиссионным маслам предъявляют довольно жесткие требования.

Трансмиссионные масла  выполняют следующие функции:

      Главной функцией трансмиссионного масла является снижение износа деталей механических передач и предотвращение появления задиров на поверхностях трения. Это свойство трансмиссионного масла именуется смазывающей способностью.

Смазывающая способность масла  возрастает по мере увеличения вязкости.

• Вязкостно-температурные свойства трансмиссионного масла имеют большое значение для его эксплуатационной характеристики.

      От вязкости зависят потери мощности на трение, а также способность масла удерживаться в смазываемом узле. Между вязкостью и потерями мощности в агрегатах трансмиссии автомобиля существует прямая связь. Чем меньше вязкость масла, тем меньше потери энергии на внутреннее трение, тем больше КПД трансмиссии.

 

• Термоокислительная стабильность.

      Трансмиссионные масла в процессе работы в зубчатых передачах вследствие трения интенсивно разогреваются. Повышенная температура в сочетании с активным действием кислорода воздуха и каталитическим действием металлических поверхностей приводит к усиленному окислению масла, образованию в нем нерастворимых веществ.

• Антикоррозионные свойства.

      В агрегатах трансмиссии автомобилей используют детали, изготовленные из алюминия, меди и их сплавов, свинца, стали, различных сплавов, содержащих олово. Детали из цветных металлов относительно легко подвергаются коррозии в результате их химического взаимодействия с продуктами, которые образуются в процессе окисления масла. Чем сильнее окисляется масло, тем интенсивнее оно корродирует металл. Следовательно, коррозионная агрессивность масла зависит от тех же факторов, что и его окисление. Коррозия поверхности металла увеличивается также в присутствии воды.

• Защитные свойства.

      Во время эксплуатации автомобиля смазочное масло может обводняться. Это происходит вследствие поступления воды через зазоры в уплотнениях и вследствие конденсации паров воды из воздуха. Часто в воде содержатся неорганические соли и коррозионно-агрессивные компоненты. Все это создает условия для появления электрохимической коррозии, поскольку вода играет роль проводящего ток электролита.

• Стойкость к пенообразованию.

      В процессе работы зубчатых передач смазочное масло подвергается интенсивному перемешиванию, вследствие чего в него попадает воздух и образуется пена. Стойкость масел к вспениванию в значительной степени зависит от углеводородного состава масла, способа и глубины его очистки, природы функциональных присадок, давления и температуры работы масла.

      Условия работы масел в двигателях различных типов и конструкций, в различных климатических зонах нашей планеты, могут сильно различаться, что затрудняет выбор масла для конкретного двигателя. Для облегчения выбора масел, исходя из условий эксплуатации и особенностей техники, разработаны классификации масел.

      В большинстве развитых стран мира, общепринятой служит классификация моторных масел по вязкости, установленная SAE (Американским обществом автомобильных инженеров) в стандарте SAE J300 DEC 99, введенная в действие с августа 2001 г.

Данная классификация  содержит 11 классов: 6 зимних - 0w, 5w, 10w, 15w, 20w, 25w (w - winter, зима) и 5 летних классов - 20, 30, 40, 50, 60.

Всесезонные масла имеют  двойное обозначение через дефис, причем первым указывается зимний (с  индексом w) класс, а вторым - летний, например SAE 5w-40, SAE 10w-30 и т.д.

 

     

      В вязкостной классификации (согласно SAE), чем меньше цифра перед буквой "w", тем меньше вязкость масла при низкой температуре и соответственно легче холодный пуск двигателя. Чем больше цифра, стоящая после дефиса, тем больше вязкость масла при высокой температуре и надежнее смазывание двигателя в летнюю жару.

      Наиболее известной международной классификацией моторных масел по областям применения и уровню эксплуатационных свойств, является классификация API (Американского института нефти).

      Со времени введения (1947г.) данная классификация неоднократно дополнялась, однако принцип разделения масел на 2 категории (S и C) сохранился до настоящего времени.

      В данной системе классификации моторные масла маркируются двухбуквенным индексом:

- первая буква означает  категорию: к категории "S" (Service) относятся масла для 4-х тактных бензиновых двигателей, к категории "C" (Commercial) - масла, предназначенные для дизелей автомобильного транспорта, внедорожной строительной и сельскохозяйственной техники.

      Универсальными называют масла, которые могут применяться для смазывания бензиновых и дизельных двигателей.

- второй буквой является показатель  группы масла по уровню эксплуатационных  свойств. Чем дальше от начала  латинского алфавита расположена  буква, тем выше уровень эксплуатационных свойств моторного масла.