Телефон: +7 (383)-235-94-57

НАПРАВЛЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ХИММОТОЛОГИИ ТОПЛИВА, МАСЕЛ И СМАЗОК

Опубликовано в журнале: Менделеев №1(5)

Автор(ы): Репин Дмитрий Владимирович, Соловьев Андрей Вячеславович, Комерзан Александр Николаевич, Алексин Дмитрий Александрович, Артюхов Сергей Александрович

Рубрика журнала: Фундаментальные вопросы развития естественных наук

Статус статьи: Опубликована 25 января

DOI статьи: 10.32743/2658-6495.2020.1.5.230

Библиографическое описание

Репин Д.В., Соловьев А.В., Комерзан А.Н., Алексин Д.А. [и др.] НАПРАВЛЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ХИММОТОЛОГИИ ТОПЛИВА, МАСЕЛ И СМАЗОК // Менделеев: эл.научный журнал. –2020 – №1(5). URL: https://mendeleevjournal.ru/archive/5/230 (дата обращения: 12.07.2020). DOI: 10.32743/2658-6495.2020.1.5.230

Репин Дмитрий Владимирович

магистр, оператор четвёртой научной роты, Федеральное государственное автономное учреждение «Военный Инновационный Технополис «Эра»,

РФ, г. Анапа

Соловьев Андрей Вячеславович

магистр, оператор четвёртой научной роты, Федеральное государственное автономное учреждение «Военный Инновационный Технополис «Эра»,

РФ, г. Анапа

Комерзан Александр Николаевич

бакалавр, оператор четвертой научной роты, Федеральное государственное автономное учреждение «Военный Инновационный Технополис «Эра»,

РФ, г. Анапа

Алексин Дмитрий Александрович

бакалавр, оператор четвертой научной роты, Федеральное государственное автономное учреждение «Военный Инновационный Технополис «Эра»,

РФ, г. Анапа

Артюхов Сергей Александрович

ст. науч. сотр., Федеральное государственное автономное учреждение «Военный Инновационный Технополис «Эра»,

РФ, гАнапа

 

DIRECTIONS AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT OF CHEMOLOGY OF FUEL, OILS AND LUBRICANTS

 

Dmitry Repin

 master of science, operator of the fourth scientific company FGAU VIT "ERA",

Russia, Anapa

Andrey Soloviev

master of science, operator of the fourth scientific company FGAU VIT "ERA",

Russia, Anapa

Alexander Komerzan

bachelor, operator of the fourth scientific company FGAU VIT "ERA",

Russia, Anapa

Dmitry Alexin

bachelor, operator of the fourth scientific company FGAU VIT "ERA",

Russia, Anapa

Sergey Artyukhov

senior Researcher, Federal State Autonomous Institution WIT "ERA",

Russia, Anapa

 

АННОТАЦИЯ

В работе представлены данные о химмотологии как прикладной науке. Рассматривается современное развитие химмотологии и параметры качества современных горюче-смазочных материалов. Рассмотрена перспектива развития эксплуатационных характеристик горюче-смазочных материалов.

ABSTRAСT

The paper presents data on chemmotology as an applied science. Modern development of chemology and qualitative parameters of modern petrol, oil and lubricants are considered. Perspective of development of operating characteristics of petrol, oil and lubricants is considered.

 

Ключевые слова: транспортные средства, топливо, эксплуатация, химмотология, моторные масла, присадки.

Keywords: vehicles, fuel, operation, chemmotology, motor oils, additives.

 

Целью исследования является рассмотрение перспектив развития химмотологии как науки, а также топлива, масел и смазок.

Задачей данной статьи является обзор перспектив развития химмотологии как науки, а также топлив, масел и смазок, применяемых в различных направлениях.

В течение последних 40 лет, в нашей стране широко развивается наука о свойствах и использовании топлив и масел в двигателях, она называется химмотология.

Химмотология изучает качество и эффективность применения топлив, смазочных материалов и технических жидкостей [1]. Химмотология, как самостоятельная наука, сочетает в себе совокупность прикладных знаний, она стала формироваться в нашей стране в послевоенные годы в связи с быстрым ростом парка автомобилей, тракторов, развитием авиации, ракетостроения и других областей техники [2].

В настоящее время более подробные изучения химмотологии ведутся в следующих направлениях:

  • развитие теоретической базы знаний;
  • создание более эффективных методов и приборов, позволяющие определять состав и свойства ГСМ;
  • развитие методов оценки эксплуатационных свойств ГСМ;
  • совершенствование техники;
  • совершенствование технологий обращений с ГСМ и применение их в технике;

Схема химмотологического взаимодействия в системе представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Схема химмотологического взаимодействия в системе [2]

 

Развитие науки химмотологии происходило поэтапно, задачи, ею решаемые, возникали практически одновременно с созданием первых транспортных средств, работающих на топливе [3].

На территории Российской Федерации в настоящее время эксплуатируется около 40 млн. единиц автомобильной техники, в том числе вместе c двигателями внутреннего сгорания [3]. Современные двигатели внутреннего сгорания транспортных средств являются основным источником загрязнения атмосферного воздуха, при повышенном расходе топлива.

Требования к эксплуатационным параметрам топлива для двигателей внутреннего сгорания с условием воспламенения искры подразделяются на четыре группы [4].

Первая группа требований к эксплуатационным параметрам топлива характеризуется тем, что свойства топлив должны обеспечивать получение однородной топливовоздушной смеси характерного состава при любых температурных условиях работы автомобиля. Эти требования характеризуют такие параметры качества топлива как испаряемость, элементарный состав, плотность, вязкость, скорость диффузии паров, теплота испарения, содержание смол и теплоемкость [4].

Топливо в условиях работы оптимальных значений показателей должно обеспечивать экономичную работу автомобильного двигателя, так же хорошие условия пуска при различных параметрах температуры, быстрого прогрева и минимального износа цилиндропоршневой группы, так же работу карбюратора без обледенения [5].

Вторая группа характеризуется тем, что должно происходить нормальное сгорание топливовоздушной смеси на всех режимах работы двигателя с максимальными мощностями и экономическими показателями. Эти требования регламентируют такие качества топлива как теплота сгорания, углеводородный состав, стойкость к детонации [6].

Третья группа характеризуется тем, что не должно возникать трудностей при транспортировке, хранении и подаче топлива по системе питания в двигатель внутреннего сгорания. Это регламентирует такие эксплуатационные параметры как стабильность при хранении, содержании коррозионно-агрессивных соединений, температура застывания, изменение вязкости, содержание механических примесей.

Четвертая группа характеризуется тем, что топливо должно отвечать параметрам не токсичности [7].

Резкое возрастание себестоимости добычи сырья и цен на нефть, ухудшение ее качества, ужесточение норм защиты окружающей среды потребовали поиска более рационального и экономичного применения горюче-смазочных материалов. Проблемы оптимального качества и эффективного применения стали приобретать межотраслевой характер [8].

Более четко ставятся такие приоритетные задачи в области химмотологии как: описание, объяснение и предсказание явлений и процессов, происходящих при производстве и применении горюче-смазочных материалов [8].

В настоящее время химмотология топлива, смазок и масел имеет перспективное развитие, в основе технологического регулирования качества горюче-смазочных материалов лежат коллоидно-химические представления о структуре нефтепродуктов как о сложных дисперсных системах со своими специфическими объемными и поверхностными свойствами, физическими и химическими явлениями, протекающими в них при производстве и использовании.

Перспективы развития химмотологии также определяются такими причинами как: ухудшение качества нефти, использование альтернативных сырьевых источников, развитие инновационного машиностроения, появление новых видов техники, что выдвигает дополнительные требования к качеству топлив и смазочных материалов, такие как расширение температурного диапазона работы, скоростного и нагрузочного. Происходит улучшение качества горюче-смазочных материалов и их постоянное совершенствование [8].

Важно отметить, что производство высококачественных горюче-смазочных материалов способствует: [9].

  • сохранению объемов производства и соответственно капиталовложениям в нефтеперерабатывающую, химическую и другие отрасли промышленности;
  • снижению расхода топлив;
  • уменьшению расхода смазочных материалов;
  • сокращению ассортимента товарных нефтепродуктов;
  • уменьшению вредного воздействия на окружающую среду;
  • повышению надежности, долговечности и экономичности эксплуатации автотранспортной техники.

Все это и является основными целями и задачами, которые решают химмотологи, участвующие в производстве горюче-смазочных материалов и их применение в реальных условиях эксплуатации техники [10].

Химмотологические исследования проводятся в настоящее время ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России», они оценивают возможность использования термопластичных полиуретанов зарубежного производства в конструкции передвижных эластичных резервуаров для хранения нефтепродуктов с условием сохранения их эксплуатационных свойств [10].

Перспективные исследования в области химмотологии так же проводит академия транспорта РФ, они разрабатывают программы и научно-исследовательские разработки, направленные на уменьшение износа на транспорте и экономии всех видов ресурсов.

Новые задачи химмотологии на ближайшие годы связаны с углублением переработки нефти, получением синтетических топлив и повышением качества горюче-смазочных материалов [10].

Решение поставленных задач должно способствовать сокращению расхода топлив и масел, повышению надежности эксплуатации тепловых двигателей на альтернативных и нефтяных топливах, включающих компоненты вторичных процессов.

В настоящий период химмотологическая оценка топлив и смазочных материалов, характеризуется ускоренным определением качества моторных масел, которые обеспечивают возможность соотнесения полученных результатов, непосредственно с состоянием отдельных узлов и деталей двигателей внутреннего сгорания, в форме конкретного описания с последующим представлением на основании рекомендаций и предложений.

Так же исследования в области перспективы химмотологии топлива масел и смазок проводит Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина». Дизелизация автомобильного транспортного парка требует увеличения ресурсов дизельного топлива, что достигается расширением фракционного состава товарных топлив и использованием при их производстве продуктов вторичной переработки нефти [11].

Утяжеление дизельного топлива за счет высококипящих фракций позволяет увеличить ресурсы этого топлива на 5-8 %. Данный аспект возможен за счет вовлечения легких фракций. Такое топливо, выкипает в пределах 60-400 °С, и позволяет увеличить выработку дизельного топлива на 30 % [11].

При проведении исследований рассматриваются такие показатели работы топлива, с помощью которых, можно определить стратегию топливоподготовки, за счет использования специальных присадок, которые обеспечивают высокий эффект использования топлива при минимальном загрязнении окружающей среды.

Большую актуальность приобретают перспективные исследования в области химмотологии смазочных масел, в настоящее время смазочные масла используются практически во всех областях, где работает автомобильная техника.

Смазочные масла, характеризуются тем, что выполняют такие функции как снижение коэффициента трения между трущимися поверхностями, снижение интенсивности изнашивания, активная защита металла от коррозии, снижение температурного воздействия на трущиеся детали [12].

Требования к моторному маслу в настоящее время ужесточаются. Моторное масло должно обеспечивать чистоту, работу агрегатов, надежность, топливную экономичность и энергоэффективность.

Чудиновских А.Л. с коллегами [6] разработал научные основы повышения эффективности химмотологической оценки моторных масел, реализуемые в регламентированных требованиях к лабораторным методам, направленным на обеспечение надежности определения состояния масла и имитирующего его поведение в двигателе внутреннего сгорания с обоснованием принципов совершенствования методологии химмотологии моторных масел.

В Российском Государственном Университете нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, проводятся исследования химического состава и физико-химических характеристик остатков гидрокрекинга промышленных действующих и перспективных установок выявлено, что наибольшее содержание парафинонафтеновых углеводородов наблюдается в средней фракции остатка гидрокрекинга, этими методами могут быть получены базовые масла 2-ой и 3-ей групп по системе квалификации моторных масел.

Разработан механизм смазочного действия масел для двухтактных бензиновых двигателей, согласно которому происходит адсорбция на нагретой металлической поверхности детергентов и их последующее «выгорание» с неё вместе с предвестниками высокотемпературных отложений при высокой температуре [7].

Таким образом, детергенты могут оказывать значительное влияние на трибологические свойства смазочной композиции. Поэтому значение детергентов в двигателях внутреннего сгорания представляет большой интерес.

Одной из основных характеристик масел является их способность оказывать сопротивление подклиниванию поршня в цилиндре двигателя. Это соответственно приводит к резкому снижению коэффициента полезного действия двигателя и приводит к окончательному заклиниванию и выходу двигателя из рабочего состояния.

Перспективные исследования в области химмотологии смазочных материалов показали, что в результате их длительной эксплуатации смазочных материалов при воздействии на них кислорода будут накапливаться и образовываться продукты окисления и конденсации, которые будут оказывать большое влияние на эксплуатационные параметры топлива, масел и смазок [8].

В последние годы за рубежом на рынок выпущено большое количество антидетонационных, цетаноповышающих, противоизносных, моющих, антинагарных присадок, а также депрессоров, диспергаторов. Если в настоящее время на российском рынке масел отечественные компании поставляют качественный продукт, то в направлении присадок еще существенно отстают от конкурентов [9].

Разрабатываются новые присадки, и долго работающие масла, производится их унификация, что приводит к упрощению обслуживания автомобильной техники, и удешевляет эксплуатацию транспортных средств.

По исследованиям Гаршина М.В. [9] отмечается, что в мире производят порядка 40 млн. т. в год смазочных материалов. На долю Российской Федерации приходится 2,7 млн. т./год.

Объем производства и потребления многофункциональных пластичных смазок в мире располагается на отметке 1,2 млн. т. в год, т.е. около 3 % от общего производства смазочных материалов. На долю Российской Федерации, приходится всего 3-5 % от общемирового производства пластичных смазок.

Исследования Гаршина М.В. и его коллег показывают разработку универсальных многофункциональных полимочевинных смазок для использования при работе различных узлов трения на основании отечественного сырья.

Анисимова А.А. [10] с коллегами в своих исследованиях рассматривает сульфонатные пластические смазки, они являются одними из перспективных типов высококачественных смазок, использующихся в США, Европе и недавно стали использоваться на территории Российской Федерации.

Сульфонатные смазки обладают хорошими эксплуатационными параметрами, но у данных смазок одним критериев их небольшой распространенности является высокая цена загустителя – сульфоната кальция.

Исследовательские работы по сульфонатным пластичным смазкам способствовали снижению этого фактора, была разработана базовая сульфонатная пластичная смазка, где в качестве загустителя использовались отечественные сульфонатные присадки.

На перспективу работ в области химмотологии изменился характер требований к качеству горюче-смазочных материалов, если раньше они исходили преимущественно от техники, то со временем все большее влияние стали оказывать энергетические, технологические и экологические факторы [11].

В Европе и Азии так же проводятся исследования по перспективным разработкам в области эксплуатационных параметров топлива, масел и смазок.

Проводятся исследования по влиянию этанола и его продуктов сгорания на систему смазки. Разработан лабораторный метод искусственного старения для оценки моторных масел. Показано, что этанол, а также ацетальдегид почти не оказывают влияния на деградацию масла, особенно в случае использования инновационной технологии добавок. Использование нового способа искусственного старения доказало четкую дифференциацию влияния добавок с возможностью моделирования условий повышенной нагрузки без необходимости проведения длительных и дорогостоящих стендовых испытаний двигателя [12].

Так же разрабатывался новый подход к измерению длины скольжения тонких смазочных пленок при высоком давлении. В ходе экспериментов и теоретического анализа были представлены многочисленные свидетельства способа измерения длины скольжения смазочных пленок в пределах небольшого зазора при высоком давлении. Эта идея использует явление, при котором небольшое количество смазочного материала может быть захвачено, и образует тонкую пленку путем воздействия стальным шариком на смазанную стеклянную пластину. Длина проскальзывания может быть извлечена из относительного движения впадины относительно твердых поверхностей [13].

Химмотология сейчас решает задачи с загрязнением окружающей среды в сжатые сроки, с использованием небольшого количества исследуемого продукта, обеспечивая этим объективную оценку и надежность получаемых результатов [6], а также учитывая тенденцию повышения экологичности и безопасности транспорта путем технологического усовершенствования двигателей внутреннего сгорания.

Вывод:

Таким образом, в настоящее время существуют две основные перспективные тенденции в развитии химмотологии, это исследование механизма действия химических, физических и физико-химических процессов, происходящих в горюче-смазочных материалах при их использовании в автомобильной технике, и исследование параметров «брутто-эффекта» от суммарного воздействия рассматриваемых процессов на изменение эксплуатационных параметров горюче-смазочных материалов.

 

Список литературы:

  1. Анисимова, А.А. Исследование влияния добавок на свойства сульфонатных пластичных смазок: Автореф. дис. на соискание ученой степени д.т.н./А.А. Анисимова - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2018. - 23 с.
  2. Гаршин, М.В. Влияние свойств и составов дисперсионных сред на качество многофункциональных полимочевинных пластичных смазок: Дис. на соискание ученой степени к.т.н./М.В. Гаршин - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина,2019. - 143 с.
  3. Кича, П.П. Химмотологические методы рационального использования и экономии топливно-энергетических ресурсов на морском транспорте. Научные труды Дальрыбвтуза – 2014. - №24 – 90-97 С.
  4. Лыу, К.Х. Повышение ресурсных показателей топливной аппаратуры судовых дизелей при их работе на низкосернистых маловязких топливах: Дис. на соискание ученой степени к.т.н./ К.Х. Лыу;- Владивосток: Мор.гос. ун-т им. адмирала Г.И. Невельского, 2017. - 163 с.
  5. Разяпова, Н.Ю. Разработка технологии получения базовых масел из остатков гидрокрекинга: Автореф. дис. на соискание ученой степени д.т.н./ Н.Ю. Разяпова - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина,2016. - 26 с.
  6. Рыбаков Ю.Н. Перспективы развития полевых складов горючего, Научный вестник МГТУ. – 2014. - №206. С 122-126
  7. Серегин Е.П. Развитие химмотологии. – М.: «Первый том», 2018. - 879 с.
  8. Смазочные материалы в машинах и при лезвийной обработке: Учеб. пособие / Н. К. Криони, М. Ш. Мигранов, Р. Г. Нигматуллин, А. М. Мигранов. – М.: Инновационное машиностроение, 2018. - 221 с.
  9. Химмотология: Учеб. пособие / Ю. П. Макушев, А. П. Жигадло, Л. Ю. Волкова; - Омск: СибАДИ, 2019. - 154 с.
  10. Чудиновских, А.Л. Разработка научных основ химмотологической оценки автомобильных моторных масел: Автореф. дис. на соискание ученой степени д.т.н./ Чудиновский - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина,2016. - 51 с.
  11. Яновский, Л.С. Основы химмотологии: учебник / Л. С. Яновский, А. А. Харин, В. И. Бабкин. - М.; Берлин: Директ-Медиа, 2016. - 481 с.
  12. Charlotte Besser Investigation of long-term engine oil performance using lab-based artificial ageing illustrated by the impact of ethanol as fuel component Tribology International Volume 46, Issue 1, February 2012, Pages 174-182
  13. Guar A novel approach to measure slip-length of thin lubricant films under high pressures Tribology International Volume 46, Issue 1, February 2012, Pages 22-29