Горюче-смазочные материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство воздушного транспорта

Федерального государственного бюджетного учреждения

Высшего профессионального учреждения

Московский Государственный Технический Университет

Гражданской Авиации

Кафедра ЛА и Д

Контрольная работа

по дисциплине: «ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

Выполнил: студент 5 курса

заочного отделения

Баранов М.М.

шифр: М-1503373

Проверил: ст. преподаватель

Мешкова Е.М.

Иркутск 2020

Задание 1

Дайте аргументированное обоснование использования нефти как основного источника сырья для получения авиатоплив и альтернативных источников энергии (угля, горючих сланцев) для получения топлив для морской и наземной техники.

Нефть -- жидкое горючее ископаемое. Это маслянистая жидкость с плотностью 0,65...1,05, температурой начала кипения выше 28° С. По химическому составу нефть представляет собой смесь углеводородов: парафинов, нафтенов и ароматических углеводородов с примесью соединений кислорода, серы, азота и некоторых металлов.

Основную массу вещества нефти составляют углеводороды 3-х главных групп: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (арены), которые как по количеству, так и по свойствам различаются для нефтей разного происхождения. В нефти содержатся также незначительные количества кислородных и азотистых соединений.

Парафиновые углеводороды. Общая эмпирическая формула СnН2n+2 объединяет газообразные углеводороды, начиная с метана СH4, жидкие, начиная с пентана C5H12, и твердые (Н- парафины), начиная с гексадекана С16Н34 Газообразные и твердые углеводороды способны растворятся в жидких, из которых, могут вновь выделятся газообразные (при повышении температуру или увеличения давления) и твердые (при понижении температуры).

Молекулы парафиновых углеводородов имеют неразветвленные цепи атомов углерода. Сами углеводороды носят название нормальных. Указанные, углеводороды устойчивы к реакциям окисления. Однако с повышением., температуры за 250...300°С окислительные процессы у Н- парафинов значительно интенсифицируются.

Кроме Н- парафинов, в нефтепродуктах находятся также изомерные углеводороды (И- парафины), которые имеют иное пространственное расположение атомов. И- парафины при умеренной температуре проявляют более высокую способность вступать в окислительные реакции, но с увеличением температуры эта способность замедляется, и в области высоких температур И- парафины оказываются более стойкими, чем Н- парафины. Для обеспечения мягкой работы дизельного двигателя важны Н-парафины, а для создания высоких противодетонационных свойств бензинов для карбюраторных двигателей важное значение имеют И- парафины. Парафиновые углеводороды имеют высокую температуру застывания, поэтому их присутствие в зимних сортах дизельных топлив и смазочных масел допускается в незначительных количествах.

Общее содержание парафиновых углеводородов в нефти и продуктах ее переработки составляет около 50...60%, причем наиболее высокое их содержание приходится на фракции, выкипающие до 150°С.

Нафтеновые углеводороды имеют цикличное строение, поскольку в их молекулы входят замкнутые кольца атомов углерода, соединенные между собой простыми валентными связями.

В легких топливных фракциях нефти содержатся моноциклические нафтеновые углеводороды, молекулы которых включают в себя по одному кольцу из пяти или шести атомов углерода. Общая эмпирическая формула моноцикланов СnН2n. Представители моноцикланов - циклопентан C5H10 и циклогексан C6H12. У более сложных нафтеновых углеводородов в молекулы входят, кроме циклического ядра, одна или несколько боковых цепей, представляющих собой радикалы парафиновых цепных углеводородов. Имея одно и то же число атомов в молекулах, нафтены могут содержать большое количество изомерных структур, которые различаются между собой расположением и строением боковых цепей.

Нафтеновые углеводороды в сравнении с парафиновыми при одинаковой молекулярной массе в области невысоких температур устойчивее к реакциям окисления, но несколько уступают Н- алканам. При повышении температуры (около 400°С и выше) цикланы превосходят Н- парафины по стойкости к окислительным реакциям и приближаются к И- парафинам.

Нафтеновые углеводороды обладают низкими температурами застывания, являются ценным компонентом зимних сортов топлив и масел. Хорошая устойчивость к окислению при высоких температурах делает эти углеводороды необходимой составной частью топлив для карбюраторных двигателей, улучшая их противодетонационные качества.

Содержание нафтеновых углеводородов в нефти составляет 20...30% и может быть несколько большим.

Ароматические углеводороды (арены) имеют шестичленное циклическое ядро. Молекула ароматического углеводорода бензола имеет вид С6Н6.

В легкие фракции нефтей и нефтепродуктов входят моноциклические углеводороды с общей эмпирической формулой CnH2n-6, в составе которых одна или несколько боковых парафиновых цепей. Арены в зависимости от количества и расположения боковых цепей образуют изомерные соединения.

В более тяжелых фракциях наряду с вышеуказанными содержатся бициклические и полициклические ароматические углеводороды, в молекулы которых входят несколько взаимоконденсированных колец или же кольца, соединенные между собой промежуточными цепями. Ароматические углеводороды обладают высокой термической устойчивостью к реакциям окисления, но вступают в реакцию замещения с сохранением бензольного ядра. Ароматические углеводороды обладают большей вязкостью, плотностью и температурой кипения в сравнении с цикланами и алканами при той же молекулярной массе. С понижением температуры вязкость аренов резко возрастает, что отрицательно сказывается на свойствах смазочных материалов. топливо смазочный жидкость

Ароматические углеводороды устойчивы к реакциям образования перекисей, что повышает противодетонационные свойства карбюраторных топлив. Арены вызывают увеличение периода задержки самовоспламенения дизельного топлива, что способствует жесткой работе дизельного двигателя.

В нефти содержание ароматических углеводородов составляет 10...30%. Количество ароматических углеводородов возрастает по мере повышения температуры кипения отдельных фракций нефти, доходя до 30...35% во фракциях с температурой 250...300°С.

В процессе термической переработки нефти образуются также непредельные углеводороды, которые характеризуются наличием двойных или тройных связей между углеродными атомами. Наиболее часто встречаются в нефтепродуктах олефиновые углеводороды (алкены) со структурной формулой СnН2n с одной двойной связью (например, этилен С2H4). Распространены также и диолефиновые углеводороды (алкадиены) со структурной формулой СnН2n-2, которые имеют две двойные связи (бутадиен С4H6).

Каждый вид ископаемого топлива органического происхождения, а именно каменный уголь, нефть или природный газ, может быть преобразован в другой посредством изменения относительного содержания углерода и водорода. Существуют два классических способа превращения каменного угля в жидкое топливо, разработанные в Германии. В процессе Бергиуса к каменному углю подводится газообразный водород, и при высоком давлении в присутствии катализатора происходит процесс гидрогенизации. В процессе Фишера - Тропша жидкое топливо получают с помощью каталитической реакции, в которой участвуют моноксид углерода и водород (синтезирующий газ), получаемые при первичной газификации нагретого до высокой температуры каменного угля под воздействием кислорода и водяного пара.



Рис.1

Угольная промышленность в ближайшее время, возможно, получит новый вектор своего развития. Правительство США в рамках Программы энергетической безопасности рассматривает законопроект, реализация которого к 2030 году, по мнению государственных аналитиков, позволит американской экономике получать дополнительные 1,7 млн. баррелей транспортного топлива в день, вырабатываемого из каменного угля. Примечательно, но американские отраслевые источники оперируют еще более оптимистичными прогнозами - 2,6 млн. баррелей в день.

"Соединенные Штаты часто называют угольной Саудовской Аравией, - заметил председатель энергетической комиссии Сената США Пит Доминичи (Pete Domenici), - а активизация работ по внедрению проектов связанных с переработкой каменного угля, в связке с водородными и биотопливными технологиями, могли бы значительно снизить зависимость Америки от импорта нефти в будущем."

До настоящего времени, проектов коммерциализации в США подобных объектов, осуществляющих переработку угля в жидкое топливо, не существовало. Слишком дорогое удовольствие, вкладывать средства в капиталоемкое предприятие в условиях неопределенности цен на производимый им конечный продукт. Для стимулирования инвестиций и была подготовлена новая программа, предусматривающая государственные кредитные гарантии компаниям, работающим в данной области.

Эра «дешевой» энергии, по-видимому, закончена. За два последних десятилетия Соединенные Штаты прочно увязли в нефтяном капкане, в разы, нарастив свою зависимость от иностранных поставок с одновременным сокращением собственного производства на 40 процентов. Высокие цены на рынке энергоносителей создают актуальность использования ряда технологий таких как процессы Фишера-Тропша (Fischer-Tropsch), основанных на газификации и последующем сжижении каменного угля, происходящего в условиях высоких температур. Сегодня бензин в США стоит порядка $3 за галлон, т.е уже делая рентабельным вывод на рынок топлива полученного из угля, себестоимость которого, по словам экспертов, составляет $15 за баррель (1 баррель - ок.42 галлонов).

"Производство подобного топлива имеет важное стратегическое значение, т.к. могло бы уменьшить нашу зависимость от нефтяного импорта и оказать значимое влияние на энергетическую безопасность нации," - заявил Кларенс Миллер (Clarence Miller) из Министерства энергетики США.

По словам главы Rentech Ханта Рамсботтома (Hunt Ramsbottom), жидкое топливо, получаемое из угля, соответствует самым жестким экологическим нормам. Как следует из доклада, сделанного им в Конгрессе, большинство вредных загрязняющих окружающую среду веществ, таких как сера и ртуть, составляющих до 30% в обычных выхлопных газах, удаляется еще на этапе газификации. Полученный на выходе продукт может напрямую использоваться в качестве автомобильного, дизельного и даже авиационного топлива без внесения в конструкцию двигателей дополнительных модификаций.

Согласно заявленной программе, первый промышленный объект Rentech, строящийся в Иллинойсе, должен встать на проектную мощность уже в 2010 году, а до этого, к первому кварталу 2007 года, будет запущен экспериментальный завод в Колорадо, мощность которого будет составлять 10 баррелей каменноугольной нефти в день.

Задание 2

Энергетические свойства топлив. Теплотворная способность топлив. Зависимость теплотворной способности топлив от химического и группового состава топлив. Влияние ее на дальность и продолжительность полета летательного аппарата.

Теплотворная способность -- это количество теплоты, которое получают при сжигании единицы массы или объема топлива.

Под теплотой сгорания (энергоемкостью) понимают количество теплоты (килокалорий), выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема топлива и замеренных при постоянных давлении и температуре (обычно 25°С). В технике пользуются значением низшей теплоты сгорания одного килограмма (весовой) или одного литра (объемной) топлива. Низшая теплота сгорания топлива (расчетная) равна высшей теплоте сгорания (экспериментальной) минус количество тепла, затраченного на испарение некоторых продуктов сгорания, которые при нормальной температуре являются жидкостями. В основном это вода, которая выводится из двигателя с продуктами сгорания в парообразном состоянии. При этом исходят из того, что тепло при образовании водяных паров теряется безвозвратно. Экспериментально определяют весовую теплоту сгорания (ккал/кг). Для того чтобы получить объемную теплоту сгорания (ккал/л), значение весовой теплоты сгорания умножают на плотность топлива.

Реактивные топлива обладают высокой теплотой сгорания, находящейся в пределах 10250--10400 ккал/кг. Весовая теплота сгорания и плотность -- основные показатели качества топлива. С их помощью определяют энергетический заряд залитого в баки самолета топлива. Следует стремиться к тому, чтобы значение объемной' теплоты сгорания максимально приближалось к значению весовой теплоты сгорания. Совпадение этих величин возможно лишь при плотности, равной единице, что для реактивных топлив недостижимо.

Среди углеводородов, выкипающих в одинаковых температурных пределах, максимальной весовой теплотой сгорания (теплотворной способностью) обладают парафиновые, наиболее богатые водородом, затем идут нафтеновые и, наконец, ароматические. Плотность изменяется в обратном порядке: наиболее высокая у ароматических углеводородов. Плотность широко применяемых реактивных топлив равна 0,77-- 0,80 г/см3.

О зависимости теплотворности топлив от группового состава и температуры выкипания можно по таблицам №1 и 2.

Таблица №1

Таблица №2

В авиационных двигателях химическая энергия топлива в результате сгорания превращается в тепловую энергию. Энергетическая характеристика топлива оценивается теплотой сгорания Q, т. е. количеством тепла, которое выделяется при полном сгорании единицы массы (массовая теплота сгорания), или объема топлива (объемная теплота сгорания). Зависимость дальности полета L. самолета от массовой теплоты сгорания Q определяется формулой

,

где K -- аэродинамическое качество самолета; з -- полный КПД авиадвигателя; Gвзл, Gт -- взлетная масса самолета и массы топлива. Из формулы следует, что чем выше теплота сгорания, тем больше дальность полета при неизменном запасе топлива на борту самолета.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. При определении высшей теплоты сгорания (QВ учитывается вся теплота, которая выделяется при полном сгорании 1 кг или 1 л топлива в атмосфере кислорода или воздуха при нормальном атмосферном давлении и тепло, выделяющееся при последующем охлаждении продуктов сгорания, до 25° С. При определении низшей теплоты сгорания из общего количества тепла, выделившегося при сгорании, вычитается количество тепла, затраченное на испарение влаги топлива, а также влаги, образованной при сгорании водорода.

При работе авиадвигателей теплота конденсации паров, выбрасываемых в атмосферу, не используется, поэтому для характеристики авиатоплив применяют низшую теплоту сгорания. Теплота сгорания углеводородных топлив зависит от химического состава и строения индивидуальных углеводородов, входящих в состав топлива. Однако у применяемых в авиации топлив она изменяется в сравнительно узких пределах 42580 -- 43840 кДж/кг.

Задание 3

Трение между смазанными поверхностями. Механизм граничной смазки. Влияние химического состава масел, температуры, давления, природы металла на прочность граничного слоя смазки и коэффициент трения между поверхностями.

Граничное трение. При дальнейшем уменьшении толщины масляной пленки, с некоторого критического ее значения, свойства смазки изменяются скачком. Сила трения перестает зависеть от вязкости, так как прекращается скольжение между молекулярными слоями смазки. Они приобретают способность выдерживать большие нормальные нагрузки, не выходя за пределы упругости. Изменяются и свойства поверхностных слоев металла -- они пластифицируются (более легко деформируются). Все больше неровностей трущихся поверхностей вступают между собой в контакт, наступает режим граничного трения и смазки, при котором основные характеристики трения и износа определяются не вязкостью масла, а свойствами тонких пленок, образующихся на поверхности деталей. Как и при сухом трении, в месте контакта поверхностей наблюдается скачок скоростей. Различают пленки физического и химического происхождения. Первые состоят из поверхностно-активных компонентов масла, которые содержат дипольные молекулы и прочно связаны с металлом адсорбционными силами. Устойчивость тонких граничных слоев масла при трении определяется его свойством, которое называется смазочной способностью. Такие пленки обладают расклинивающей способностью, они препятствуют сближению поверхностей, стремясь их раздвинуть. Смазочные пленки не только в значительной степени снижают величину коэффициента трения (примерно на порядок по сравнению с сухим трением), но и оказывают большое влияние на износ. В большинстве случаев такие пленки вызывают его уменьшение и предотвращают сваривание и другие механические повреждения поверхностей. Однако, если в поверхностном слое металла в результате пластических деформаций, вызванных, например, циклическими нагрузками, появляются микротрещины, активные полярные молекулы смазки, особенно если они в избытке, проникают в такие трещины, проявляют свое расклинивающее действие и способны усилить одну из разновидностей усталостного износа -- питтинг,-- которая имеет осповидный характер.

При повышении температуры масла прочность пленок уменьшается, а затем они разрушаются, но после снижения температуры вновь восстанавливаются. На рис. 2 показана характерная зависимость износа от температуры масла. Как видно, при температуре, близкой t1 , граничная пленка разрушается.

Пленки химического происхождения прочно связаны с металлом силами хемосорбции. Они могут возникать в результате взаимодействия металла с химически активными компонентами масла, содержащими кислород, фосфор, хлор, серу. Тонкие пленки оксидов, фосфидов, хлоридов, сульфидов или мыл, образовавшихся из органических кислот, находящихся в масле, предотвращают сваривание металлов при трении после разрушения граничной пленки физического происхождения. Не уменьшая, а часто даже увеличивая износ шелушением, такие пленки предохраняют узлы трения от задира -- разрушения после сваривания при больших нагрузках. На рис. 3 показано влияние содержания в масле молекул с большим дипольным моментом и химически активных компонентов на величину износа.

Рис.2. Зависимость износа от температуры масла

Рис.3. Зависимость износа от содержания полярных молекул и химически активных частиц

Снижение износа на участке АВ вызвано увеличением адсорбции молекул и созданием более прочных граничных смазочных пленок. На участке ВС усиливается коррозия и механический износ, вызванный расклиниванием и развитием микротрещин.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.4. Зависимость диаметра пятна износа от температуры, полученная при испытании на четырехшариковой машине трения (V=0,4 м/с; q-31500 кГ/см2); 1- масло МВС; 2- масло МСГ; 3- масло МКЭ

Исследования Б. И. Костецкого и Г. В. Виноградова показали, что возникновение и характер протекания процессов схватывания металлов зависит от природы масел. Большое влияние на граничное трение оказывают окислительные процессы, так как продукты окисления углеводородных масел и поверхностных слоев металлов существенно изменяют интенсивность износа и величину коэффициента трения. Окисные слои играют важнейшую защитную роль, предотвращая интенсивное схватывание металлов. Однако при легких режимах трения интенсивное протекание процессов окисления ведет к усилению износа -- развивается химический окислительный износ.

Предотвращение схватывания металлов при трении может быть достигнуто, если на их поверхности образуются защитные слои химических соединений, отличные по своей природе от окисных. Это могут быть слои сульфидов, хлоридов, фосфидов металлов, слои металлических мыл и других веществ. Для получения таких защитных слоев в масла вводят различные присадки, содержащие в своем составе серу, хлор, фосфор, жирные кислоты и др.

Профилактика износа. В настоящее время для уменьшения износа трущихся поверхностей от различных видов трения используют «ревитализацию».

Термин «ревитализация» (от латинского «vita» -- жизнь) буквально можно толковать как «возвращение жизни». Открытие явления ревитализации базируется на уникальных физико-химических процессах, которые, при определенных условиях, могут происходить в зоне трения.

Если коротко, суть их в следующем. При работе механизма на парах трения возникают нагрузки. При сверхнагрузках выделяется избыточная энергия, которая направлена на разрушение. Если же внести в зону трения уникальный строительный материал -- ревитализант, то в перегруженной зоне создаются такие условия, при которых энергетически более выгодно строить новое, а не разрушать старое, т.е. знак меняется с «минуса» на «плюс», энергия разрушения превращается в энергию созидания!

На рисунке 4 схематически изображен дефект одной из плоскостей трения. В данном случае это царапина (в разрезе), нанесенная вдоль оси движения поверхностей. Обратите внимание: выделенная зона (1) -- это зона аномальной поверхностной активности. Здесь атомы металла имеют нескомпенсированные двойные связи: такие атомы, если приложить усилие, легко «захватить», «раскачать» и оторвать от матрицы. Представьте себе дерево, растущее на краю оврага. Под воздействием воды и ветра почва постепенно разрушается, оголяя корни. Дерево уже не так прочно связано с землей и достаточно сильного порыва ветра, чтобы вывернуть его из почвы.

Очень упрощенно, тот же процесс происходит и при износе поверхности. Атомы легко отрываются, разрушение прогрессирует. Более того, под воздействием перегрузок могут отрываться уже целые семейства атомов -- кластеры. Наступает катастрофический износ.

Так было всегда -- до открытия явления РЕВИТАЛИЗАЦИИ, когда ученые обнаружили, что есть возможность обратить процесс износа вспять и восстановить изношенную поверхность! Оказалось, что возможно создать такие условия, при которых деталь набирает в весе и объеме, возвращает свои первоначальные размеры.

Для создания таких полезных условий в зону трения необходимо внести специально синтезированное вещество -- ревитализант ХАДО. Он содержит строительный материал для будущей поверхности и уникальный энергетический активатор, который позволяет перевести избыточную энергию трения на создание новой кристаллической решетки -- новой поверхности.

Ревитализация начинается в перегруженной зоне (зоне наибольшего износа), поскольку именно здесь достаточно избыточной энергии для начала нового процесса и атомы металла имеют наибольшее количество свободных (нескомпенсированных) связей (1).

Эти связи, как магниты, захватывают и удерживают именно в местах износа строительный материал -- ревитализант (2). При появлении нагрузок энергетический активатор направляет избыточную энергию на строительство новой кристаллической решетки. Таким образом, на старой основе формируется новое покрытие (3).

Через несколько минут после начала ревитализации на месте царапины появляется металлокерамическая заплата (3). Выделенная зона, зона аномальной активности, исчезла.

Энергетические процессы стабилизировались, рост поверхности прекратился. Одновременно с этим происходит взаимная диффузия двух веществ (металла и металлокерамики), которая завершает процесс формирования нового покрытия, цементирует и тем самым окончательно уничтожает грозный дефект. И, чем больше проходит времени, тем крепче и крепче держится новое покрытие.

Что дает ревитализация? Во-первых, на поверхностях пар трения формируется новое покрытие: деталь наращивает объем, возвращает те самые «сотки» и «десятки», которые были утеряны, «ушли в масло» в процессе эксплуатации. Это -- РЕМОНТ. Во-вторых, полученное покрытие обладает уникальными свойствами: удивительной прочностью, высокой коррозионной стойкостью, низкой шероховатостью. Поэтому после ревитализации деталь гарантированно будет служить в 2-4 раза дольше. Это - ЗАЩИТА ОТ ИЗНОСА. Вывод очевиден: в результате ревитализации получаетcя обновленная деталь, и деталь эта по своим эксплуатационным качествам превосходит новую.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.5.

Задание 4

Тонкая и грубая структура смазок. Форма и размер частиц твердой фазы. Зернистая, волокнистая и гладкая структура смазок и роль непрерывного структурного каркаса в свойствах смазок.

Пластичные смазки представляют собой особый класс смазочных материалов, приготовляемых путем введения в смазочные масла специальных, главным образом твердых мелкодисперсных загустителей, ограничивающих текучесть масел. По внешнему виду консистентные или пластичные смазки -- мазеобразные продукты, не обладающие текучестью при обычных температурах. Это придает им особенные эксплуатационные свойства и позволяет использовать их в таких узлах трения, где жидкая смазка не удерживается или куда ее трудно подвести.

Пластичные смазки (консистентные смазки) представляют особый интерес, так как возможно получение смазочных композиций с разнообразными свойствами, пригодными для работы в сложных эксплуатационных условиях, где смазочные масла оказываются неработоспособными.

К таким случаям следует отнести механизмы с высокой механической (нагрузкой (зубчатые и цепные передачи) или большой частотой вращения, когда масла не удерживаются в узле трения, коррозионные среды, вакуум и т.д.

Консистентные смазки могут иметь различное назначение и в зависимости от этого подразделяются на: антифрикционные для снижения потерь на трение и уменьшения износов трущихся деталей; защитные для защиты поверхностей деталей от коррозии; уплотнительные для создания уплотнений между деталями; фрикционные для повышения трения между поверхностями; диспергирующие для лучшей приработки поверхностей.

Наибольшее распространение и ассортимент имеют консистентные смазки первых двух групп. Что касается трех последних, то количество и ассортимент их сравнительно невелик.

Консистентные смазки чаще всего представляют собой пластические тела. Это коллоидные системы, обладающие структурной-вязкостью. Если у истинных жидкостей вязкость не зависит от скорости перемещения слоев относительно друг друга, то у пластических тел с увеличением скорости перемещения слоев вследствие частичного разрушения структуры, вязкость уменьшается. Поэтому и вязкость консистентных смазок называется структурной.

Являясь коллоидными системами, консистентные смазки состоят из дисперсионной среды и дисперсной фазы. Дисперсионной средой, как правило, является жидкое минеральное масло, а дисперсной фазой -- (пластическое вещество -- загуститель. Помимо этих двух основных компонентов в состав многих консистентных смазок входит стабилизатор, повышающий их коллоидную стабильность. Кроме того, для улучшения тех или иных показателей консистентных смазок или придания им специфических свойств к ним добавляются различные присадки и наполнители.

В состав смазок входит 75--90% минерального масла и 9--25% загустителя. В пластичных смазках сросшиеся кристаллики загустителя образуют непрерывный, но рыхлый структурный каркас смазки, в ячейках которого находится жидкое масло. Как в пчелиных сотах содержится мед, так и в структурном каркасе консистентной смазки находится и довольно прочно удерживается масло. Устойчивость, нераздельность двухфазной системы, которую представляет собой консистентная смазка, оценивается так называемой коллоидной стабильностью. Чем труднее разрушить структурный каркас консистентной смазки и отделить масло, тем выше ее коллоидная стабильность.

Каркас, связывающий жидкое масло, в зависимости от способа приготовления смазки и качества загустителя, может иметь волокнистую, лентовидную, игольчатую или зернистую структуру. Загустители, образующие структурный -каркас, бывают мыльными и немыльными. Мыльные загустители представляют собой соли жирных кислот (мыла) различных металлов. Они образуются в результате взаимодействия щелочи с органическими кислотами и глицеридами. Для получения мыл могут быть использованы растительные и животные жиры, но в настоящее время в большинстве случаев используются синтетические жирные кислоты с числом углеродных атомов от 12 до 20. С маслами мыла не образуют истинных растворов. В результате перемешивания с маслом мыла измельчаются до размеров коллоидных частиц, связанных в структурный каркас.

Для (приготовления смазок используют и немыльные загустители. Наибольшее распространение получили такие загустители, как парафин и церезин, «которые при растворении в масле образуют ленточный или игольчатый структурный каркас. Некоторые смазки загущаются специально обработанным силикагелем, органическими и фторуглеродными полимерами, твердыми смазочными веществами -- графитом, дисульфидом молибдена. Наиболее распространенным стабилизатором является вода. Кроме того, роль стабилизатора могут выполнять жирные кислоты, высокомолекулярные спирты, глицерин и некоторые другие поверхностно-активные вещества. Стабилизатор вводится в состав смазки при ее изготовлении или содержится в компонентах, из которых изготавливается смазка, причем количество его может быть весьма невелико и измеряется десятыми и сотыми долями процента. Концентрируясь на границе твердой и жидкой фазы, стабилизатор препятствует уплотнению пористой структуры смазки (агрегированию коллоидных частиц загустителя) и выделению жидкого масла.

Для улучшения качества к смазкам добавляют различные присадки: антиокислительные и антикоррозионные, депрессаторы и другие, причем используются для этой цели те же вещества, которые добавляются к жидким минеральным маслам. Свойства пластичных смазок определяются в большей степени загустителем и в меньшей маслом. Так, например, натриевое мыло придает смазке прочность и тугоплавкость, но растворяется в воде, вследствие чего натриевые смазки разрушаются во влажной среде. Высокой влагостойкостью обладают смазки, приготовленные на кальциевом мыле. Такие смазки не только не боятся воды, но она им даже необходима-- выполняет функцию стабилизатора. Однако смазки, загущенные кальциевыми мылами, неработоспособны при температуре 80--100°С (из-за потери воды мыльный каркас разрушается и масло отделяется). Высокую влагостойкость и хорошие антикоррозионные свойства придают смазке твердые углеводородные загустители (парафин, церезин), но они плавятся при низкой температуре. В большой степени от загустителя зависят предел прочности консистентной смазки, ее антикоррозионные свойства, стабильность.

Некоторые свойства консистентных смазок зависят от входящего в них масла. Так, например, - нижний температурный предел применимости смазок зависит от того, насколько низка вязкость и температура застывания масла. Однако смазки, содержащие маловязкие масла, хуже выдерживают нагрузки. Из-за повышенной испаряемости и недостаточной химической стабильности нефтяных масел приготовленные на их основе смазки непригодны для длительной работы при высоких температурах, в агрессивных средах и вакууме.

Результаты исследований под электронным микроскопом показали, что волокна каждого мыльного загустителя, отличающегося катионом или анионом, имеют присущую только им форму и величину. Концентрация дисперсной фазы, присутствие ПАВ и технология приготовления смазок отражаются на их структуре. В то же время существует взаимосвязь между дисперсностью, анизометричностью кристаллов мыл (отношением их длины к поперечному размеру) и реологическими характеристиками смазок независимо от природы загустителя и других факторов. При повышении дисперсности элементов структурного каркаса, увеличении отношения длины к диаметру или ширине загущающий эффект дисперсной фазы повышается. Дисперсность и анизометричность кристаллов мыл связана с характером структурообразования, который, в свою очередь, зависит от строения молекулы мыла. При повышении дисперсности кристаллов мыла число контактов между элементами структурного каркаса, а также поверхность соприкосновения с дисперсионной средой возрастает. Создаются благоприятные условия для развития различного рода энергетических связей в системе и образования прочных коллоидных структур. Поэтому предел прочности, вязкость, коллоидная стабильность смазок определяются дисперсностью, анизометричностью волокон, образующих их структурный каркас, энергией связи между его элементами и взаимодействием дисперсной фазы смазки с ее дисперсионной средой.

Смазки выделяют в особый класс реологических тел, для которых характерно сочетание хрупкости, обусловленной разрывом жестких связей в каркасе, и пластичности--способности давать неограниченно большие деформации без потери сплошности (течь подобно жидкости) за пределами критической нагрузки. Значение этой нагрузки зависит главным образом от прочности структурного каркаса, а вязкость дисперсионной среды, как правило, играет относительно небольшую роль.

Важная особенность смазок -- быстрое восстановление разрушенных связей между частицами дисперсной фазы и приобретение ими свойств твердого тела после снятия нагрузки (тиксотропные свойства смазок). Она проявляется в уменьшении предела прочности и вязкого сопротивления при механическом воздействии на смазку и в последующем полном или частичном восстановлении этих свойств после снятия нагрузок. Характер такого восстановления зависит от структуры смазок. Структура смазок может быть двух видов: конденсационная, образующаяся после охлаждения расплава и не восстанавливающаяся после снятия механического воздействия, и обратимая (тиксотропная), которая после снятия механического воздействия в большей или меньшей степени восстанавливается. Тиксотропное восстановление структуры очень важно для оценки свойств смазок, особенно предназначенных для открытых узлов трения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. Обобщенная кривая кинетики тиксотропного разрушения и восстановления пластичных смазок: ун, ук, ув -- напряжение сдвига до механического воздействия, по достижении равновесного значения и после восстановления соответственно; фк , ф0 , фк --отрезки времени, соответствующие концу разрушения, началу восстановления и концу восстановления

Непосредственно после приготовления смазок в них преобладает конденсационная структура с большим числом особо прочных связей. При механическом воздействии часть связей необратимо разрушается, поэтому после прекращения механического воздействия и продолжительного отдыха смазки полностью не восстанавливают свою структуру (рис. 6), т.е. смазки являются тиксолабильными системами. Однако из-за наличия в смазках большого числа менее прочных, но более подвижных связей, способных к очень быстрому (практически мгновенному) восстановлению, сплошность слоя смазки при течении не нарушается, поскольку места разрывов связей успевают «залечиваться».

Исследованиями структуры смазок в поляризованном свете установлена стабильность во времени застывших картин смазок, что характеризует их как слабо релаксирующие тела с резко выраженной способностью тиксотропного восстановления. Для предельно разрушенных систем тиксотропное восстановление связей является результатом сближения дисперсных частиц загустителя на расстояние, на котором действуют межмолекулярные силы при тепловом движении частиц. Учитывая сказанное выше, к смазкам применимы основные положения, присущие течению вязких жидкостей. Такой подход позволяет оценить структурные превращения в смазках в процессе их деформирования.

При обычных температурах и небольших нагрузках смазки сохраняют приданную им форму (не вытекают из мелкой опрокинутой тары), не выбрасываются центробежными силами из открытых и слабо герметизированных узлов трения, не сползают с наклонных и вертикальных поверхностей при нанесении их слоем умеренной толщины. При критической нагрузке, превышающей предел текучести (прочность структурного каркаса обычно равна 50--2000 Па), смазки деформируются и начинают течь как обычные вязкие жидкости. После снятия нагрузки течение смазок прекращается и они приобретают свойства твердого тела.

Смазки отличаются от масел наличием аномального внутреннего трения, их вязкость не описывается законом Ньютона и является функцией не только температуры, но и скорости деформации. Вязкость смазок резко уменьшается при повышении градиента скорости деформации, что также отличает их от масел.

Основные преимущества смазок по сравнению с маслами следующие: способность удерживаться в негерметизированных узлах трения; большая эффективность в работе при одновременном воздействии высоких температур, давлений, ударных нагрузок и переменных режимов скоростей; более высокие защитные свойства от коррозии; повышенная водостойкость; способность обеспечивать лучшую герметизацию узлов трения и предохранять их от загрязнения; значительно меньшая зависимость вязкости от температуры, что позволяет применять их в более широком интервале температур; лучшая смазочная способность; больший ресурс работоспособности и меньший расход. К недостаткам смазок следует отнести более низкую охлаждающую способность, большую склонность к окислению и сложность при использовании в централизованных системах.

Смазки применяют для надежного длительного смазывания узлов трения в случаях, когда применение масел невозможно из-за отсутствия герметичности, при невозможности пополнения узла трения, а также для уплотнения подвижных и неподвижных соединений и защиты узлов трения от коррозии.

В процессе работы смазка подвергается воздействию повышенных температур, скоростей и нагрузок, а также воздействию различных факторов окружающей среды (кислород воздуха, вода, пары коррозионно-активных соединений, радиация и др.)

Задание 5

Назначение жидкостей для гидросистем ЛА, основные требования, предъявляемые к ним. Основные источники сырья для получения гидрожидкостей и их свойства.

Гидравлические системы являются широко распространенными системами, используемыми на летательных аппаратах и в наземных автомобилях. В летательных аппаратах гидравлические системы используются как силовые устройства и приводы в механизмах для уборки и выпуска шасси, тормозных щитков, изменения формы и геометрии крыла, управления двигателями и воздушными винтами.

Условия работы в гидравлических системах весьма сложные (300 кгс/см2 и более), широкий диапазон температур (от --60 до +50--100° С)- оказывают существенное влияние на химический состав гидравлических жидкостей. Жидкости дросселируются с большим перепадом давления через очень малые зазоры, что часто вызывает уменьшение их вязкости.

Жидкость является одним из глазных конструктивных элементов гидравлической системы, от правильного выбора которой зависят высокие технико-экономические показатели последней. В качестве жидкостей для гидросистем в настоящее время используют как продукты, полученные из нефти, так и синтетические вещества. Для того чтобы жидкость обеспечивала требуемую надежность и долговечность работы системы, она должна обладать соответствующими эксплуатационными свойствами и удовлетворять требованиям.

Конкретные требования определяются условиями, в которых жидкость должна работать.

Общие требования и свойства. Основная функция рабочих жидкостей (жидких сред) для гидравлических систем -- передача механической энергии от ее источника к месту использования с обеспечением изменения величины или направления приложенной силы. Гидравлический привод не может действовать без жидкой рабочей среды, являющейся необходимым конструкционным элементом любой гидравлической системы. В постоянном совершенствовании конструкций гидравлических приводов отмечаются следующие тенденции:

повышение рабочих давлений и связанное с этим расширение верхних температурных пределов эксплуатации рабочих жидкостей;

сокращение общей массы привода или увеличение отношения передаваемой мощности к массе, что обусловливает более интенсивную эксплуатацию рабочей жидкости;

уменьшение рабочих зазоров между деталями рабочего органа, выходной и приемной полостей гидравлической системы, что ужесточает требования к чистоте рабочих жидкостей (или ее фильтруемости при наличии фильтров в гидравлических системах).

С целью удовлетворения требований, продиктованных указанными тенденциями развития гидравлических приводов, современные рабочие жидкости для них должны:

· иметь оптимальный уровень вязкости и хорошие вязкостно-температурные характеристики в широком диапазоне температур, т. е. высокий индекс вязкости, или пологую вязкостно-температурную кривую;

· отличаться высоким антиокислительным потенциалом, а также термической и химической стабильностью, обеспечивающими, длительную бессменную работу жидкости в гидравлической системе;

· защищать детали гидравлического привода от коррозии;

· обладать хорошей фильтруемостью;

· иметь необходимые деаэрирующие, деэмульгирующие и антипенные свойства;

· характеризоваться высокой смазочной способностью, необходимым противозадирным и противоизносным потенциалом;

· быть совместимыми с резинами, эластомерами и другими уплотнительными материалами.

Жидкости для гидросистем ЛА подразделяются на минеральные, смесевые и синтетические.

Большинство массовых сортов гидравлических масел вырабатывают на основе хорошо очищенных базовых компонентов, получаемых из рядовых нефтяных фракций с использованием современных технологических процессов экстракционной и гидрокаталитической очистки. Наряду с этим ряд низкозастывающих маловязких гидравлических масел получают глубокой сернокислотной очисткой (деароматизацией) легких фракций уникальных малопарафиновых нефтей нафтенового основания.

Физико-химические и эксплуатационные свойства современных гидравлических масел улучшаются при введении в них функциональных присадок -- антиокислительных, антикоррозионных, противоизносных, противозадирных, противопенных и др. Следует особо отметить стремление к улучшению противоизносных свойств, вызванное включением в новые конструкции гидравлических систем интенсифицированных гидравлических насосов.

Минеральные масла

АМГ-10 - рабочая жидкость для гидравлических устройств авиационной и наземной техники, эксплуатируемой в интервале температур -60...-55°С. Вырабатывается на основе глубокоароматизированных низкозастывающих керосино-лигроиновых нефтяных фракций, состоящих в основном из нафтеновых и изопарафиновых углеводородов (получается прямой перегонкой низкозастывающих фракций нефти путем специальной очистки, выкипающей в интервале температур 210-300 0С. Постоянство химического состава (групп углеводородов) жестко регламентируется сырьем и технологией очистки основы.

Синтетическая жидкость

Жидкость 7-50С-3 -- смесь полисилоксановой жидкости и органического эфира с противоизносной присадкой и ингибитором окисления.

Список использованной литературы

В.Г. Александров. Справочник по авиационным материалам. М. «Транспорт», 1972 г.

Г.А. Никитин, Е.А. Баканов. Топливные, масляные и гидравлические системы воздушных судов. М.: «Машиностроение», 1977.

Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Под редакцией В.М. Школьникова. М.: «Химия», 1989.

Орочко Д. И., Сулимов А. Д., Осипов Л. Н. Гидрогенизационные процессы в нефтепереработке, М., 1971;

Черножуков Н.И. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов, 6 изд., М., 1978.

И.Н. Шишков, В.Б. Белов. Авиационные горюче-смазочные материалы и специальные жидкости. М.: Транспорт, 1979.

Размещено на Allbest.ru