Химмотология как прикладная наука

Экономика страны включает в себя множество сфер деятельности производства (добывающая, перерабатывающая, машиностроительная, энергетическая, сельскохозяйственная и другие отрасли промышленности) и потребления (транспорт, связь, коммунальное хозяйство, строительство, торговля, культура, спорт, оборона страны и так далее). Однако в этой сложной структуре экономики существуют три особые, зависящие друг от друга области человеческой деятельности: конструирование и изготовление техники и оборудования, их эксплуатация в различных условиях; разработка, производство топлив, масел, смазок и специальных жидкостей, применяемых в технике и оборудовании. Создание новой техники и оборудования стимулируется непрерывно возрастающими требованиями, выдвигаемыми эксплуатацией, и значительно зависит от уровня качества ГСМ и возможностей нефтеперерабатывающей и химической промышленности [5, 8, 12]. С другой стороны, развитие техники требует совершенствования (оптимизации) свойств ГСМ и улучшения способов, условий эксплуатации техники и оборудования, а работоспособность, надежность, продолжительность и эффективность эксплуатируемой техники значительно зависят от совершенства конструкции и уровня эксплуатационных свойств ГСМ. Для координации и взаимосвязи этих областей деятельности, показанных на рисунках 1 и 2, по достижению эффективного использования техники и экономного применения ГСМ возникла необходимость в прикладной науке.

Рисунок 1 – Универсальная трехзвенная химмотологическая система

Рисунок 2 – Четырехзвенная химмотологическая система

Рисунок 3 – Место и роль химмотологии в экономике страны

Действительно, химмотология как особая деятельность людей, знающих составы, эксплуатационные свойства и технологии производства ГСМ, особенности устройства и эксплуатации техники, оказывает все большее влияние на развитие всех отраслей экономики в сферах потребления и производства. Химмотология – прикладная наука об эксплуатационных свойствах, качестве и рациональном применении ГСМ в технике топлив, масел, смазок и специальных жидкостей, как теория и практика возникла и развивается на базе ускоряющегося научно-технического прогресса, место и роль которой в экономике представлена схемой, показанной на рисунке 3.

С появлением первых простейших механизмов человек столкнулся с явлением трения и износа, а главное, он ощутил, что на преодоление трения требуется затрата энергии. Поэтому уже тогда возникла острая необходимость в поиске средств уменьшения затрат энергии и снижении износа трущихся деталей. В этом направлении шли двумя путями: подбирали прочные и износостойкие конструкционные материалы с малым коэффициентом трения; применяли различные смазочные материалы. Возникшая в середине прошлого века наука о трении и износе, уделяя внимание тонкостям взаимодействия твердых трущихся поверхностей, практически не изучала влияние качества смазочных материалов на трение, износ в двигателях и механизмах. С появлением тепловых двигателей, в том числе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), возникли специфические вопросы их конструирования и эксплуатации, связанные как с трением и износом, так и с особенностями горения топлива и поведения смазочных масел в двигателе. Усложнение конструкции ДВС, увеличение их мощности и теплонапряженности существенно повысили требования к качеству ГСМ, что привело к появлению новых марок и расширению ассортимента ГСМ, появились сложные проблемы при эксплуатации (обеспечение работоспособности, надежности, эффективности работы двигателей в экстремальных условиях).

По мере развития и совершенствования техники оказалось, что конструкция двигателей и механизмов, качество применяемых ГСМ и эксплуатация техники являются звеньями единой химмотологической системы, в которой каждое звено специфически влияет на соседние звенья и сильно зависит от них. Химмотологическая система носит общий универсальный характер и отражает сущность химмотологии – во взаимосвязи и взаимодействии всех звеньев системы заключен основной смысл новой прикладной отрасли науки и техники. Применительно к ДВС в 60-х годах прошлого века химмотологическую систему предложили К.К. Папок и В.В. Никитин. Она успешно реализуется в области автотранспортных машин и транспортно-технологических комплексов. Простая химмотологическая система включает в себя сложные научно-технические проблемы, решение которых является основной задачей химмотологии и главной целью: обеспечение рационального применения топлив, масел, смазок и специальных жидкостей на всех этапах жизненного цикла автотранспорта. Химмотология автомобильных топлив и масел как прикладная наука возникла и развивается на базе и стыке различных наук: органической, неорганической, физической, коллоидной химии, нефтехимии, электрохимии, физики, химической физики, машиноведении, теплотехники, экономики и экологии. Поэтому теоретическими основами химмотологии являются: теория окисления жидких углеводородов, теоретические основы испарения и горения топлив, основные положения теории поверхностных явлений, теория трения и износа металлов в двигателях, механизмах и электрохимическая теория коррозии металлов в нефтепродуктах.

Предметом исследований в химмотологии являются эксплуатационные свойства топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей, так как они, проявляясь в условиях эксплуатации, определяют работоспособность, надежность, экономичность и экологичность автотранспорта. К эксплуатационным свойствам ГСМ относятся: детонационная стойкость, склонность к нагарообразованию, прокачиваемость, электризуемость топлив, моющие, диспергирующие свойства моторных масел, физическая и химическая стабильность, испаряемость, гигроскопичность, низкотемпературные, коррозионные, противоизносные, противозадирные свойства, пожаро- и взрывоопасность, токсичность топлив, смазочных масел и специальных жидкостей.

Практически при правильном решении комплекса вопросов химмотологии, за счет конструктивного усовершенствования автотранспорта, улучшения его эксплуатации и оптимизации качества ГСМ можно увеличить на 20–50 % моторесурс двигателя, уменьшить на
15–20 % расход топлив, увеличить на 20–50 % их ресурсы, снизить в
2–4 раза расход смазочных материалов, сократить в 2–3 раза ассортимент применяемых ГСМ и специальных жидкостей. Очень большой ассортимент ГСМ и спецжидкостей (более 700 марок) затрудняет полное обеспечение ими нужд автотранспорта и различных отраслей экономики, усложняет их производство, хранение, транспортировку, контроль за качеством, что наносит стране огромный экономический ущерб.

В процессе своей деятельности химмотология решает следующие практические (прикладные) задачи:

- обеспечение длительной, надежной и экономичной эксплуатации механизмов, узлов, деталей и автотранспорта в целом;

- установление оптимальных требований к качеству ГСМ в соответствии с современным состоянием и перспективами развития автотранспорта, нефтеперерабатывающей и химической промышленности;

- унификация и сокращение ассортимента ГСМ в экономике страны, отдельных видах автотранспортных и транспортно-техноло-гических комплексов;

- снижение удельных и эксплуатационных норм расхода, потерь ГСМ, сохранение их качества при эксплуатации автотранспорта, в условиях хранения, транспортирования и перекачки;

- расширение сырьевых ресурсов ГСМ и специальных жидкостей, в том числе и за счет использования альтернативных источников (биомасса, уголь, сланцы, природный газ и другие);

- сокращение сроков (при сохранении качества) испытаний и внедрение новых, унифицированных, более эффективных сортов и марок ГСМ;

- разработка современных, эффективных методов испытаний эксплуатационных свойств ГСМ, соответствующих стендов и приборов для них.

В результате научно-технической революции существенно возросло значение ГСМ и специальных жидкостей в экономике и техническом развитии страны в целом. Это связано, во-первых, с увеличившимся в несколько раз за последние 20 лет потреблением ГСМ (сотни млн тонн в год), а поэтому даже незначительные отклонения от оптимальных требований к качеству или условий применения ГСМ ведет к огромным экономическим и материальным потерям; во-вторых, изменились требования к качеству ГСМ, так как существенное влияние стали оказывать энергетические, экономические, экологические и технологические проблемы; в-третьих, проблемы качества ГСМ приобрели сложный межотраслевой характер, где затрагиваются интересы нефтеперерабатывающей, химической, машиностроительной и других отраслей промышленности, а также организаций, эксплуатирующих технику. Поэтому эти взаимосвязанные межотраслевые проблемы необходимо решать (и успешно решаются) с помощью химмотологии по единому скоординированному плану.

Вопросы для самопроверки

1. Причины возникновения, место и роль химмотологии в экономике страны.

2. Охарактеризуйте взаимоувязывающую роль химмотологии в четырехзвенной системе областей деятельности в автотранспорте.

3. Перечислите и охарактеризуйте методические и теоретические основы химмотологии.