ХИМИЯ В ПРОФЕССИИ «МАШИНИСТ ЛОКОМОТИВА"

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Бугульминский строительно­технический колледж» Республиканский конкурс исследовательских работ  «Химия – это жизнь»   среди студентов профессиональных образовательных учреждений СПО Республики Татарстан ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА Тема: ХИМИЯ В ПРОФЕССИИ «МАШИНИСТ ЛОКОМОТИВА» Работу выполнил: Алимгулов Эльдар Наильович,  2 курс,  специальность 23.01.09 «Машинист локомотива» Научный руководитель: Смирнов Александр Васильевич, кандидат психологических наук 2018 ВВЕДЕНИЕ Профессии   машиниста   локомотива   почти   двести   лет.   Менялись технико­технологические   характеристики   локомотива:   паровоз,   тепловоз, электровоз.   На   сегодняшний   день   парк   эксплуатируемых   пассажирских, грузовых     и   маневровых   тепловозов   насчитывает   10180   единицы,   что составляет 50,2 % от всего тягового парка, принадлежащего ОАО «РЖД». Таким   образом,   тепловозы   и   в   21   веке   сохраняют   свою   значимую   роль   в железнодорожных перевозках.   Тепловоз ­   локомотив,   на   котором   установлен   двигатель, преобразующий   внутреннюю   энергию   топлива   в   механическую   энергию вращения коленчатого вала. Эксплуатационное   локомотивное   депо   Бугульма   входит   в   состав Куйбышевской дирекции тяги ОАО «РЖД». Весь локомотивный парк депо состоит   из   тепловозов:   пассажирских,   грузовых,   маневровых.   Маршруты перевозки локомотивных бригад с запада на восток Ульяновск­Уфа и с юга на север   Бугульма­Агрыз.   Железнодорожная   станция   Бугульма   является узловой. Основной   вид   топлива,   используемый   в     тепловозах   –   дизельное топливо, которое должно удовлетворять эксплуатационным характеристикам, а также использоваться в зависимости от сезонов года. Таким образом, для будущего машиниста тепловоза одним из важных вопросов химии является изучение физических и химических свойств жидких нефтепродуктов. 2 ИСТОРИЯ ПРОФЕССИИ «МАШИНИСТ ЛОКМОТИВА» и ТЕПЛОВОЗОВ Как только были проложены первые стальные рельсы, а произошло это в Англии   в   1825   году,   по   ним   сразу   же   прошел   локомотив.   Первым локомотивом,   именуемым   «паровой   машиной»,   управлял   человек,   роль которого впоследствии получила своё название – «машинист локомотива». В России первым паровозом управлял Мирон Черепанов в сентябре 1834 года. Требовалось   увеличить   мощность   локомотива,   его   скоростные характеристики.   Так,   в   1897   году   Рудольф   Дизель   изобрел   двигатель внутреннего   сгорания,   имевший   мощность   20   л.с.   Первые   испытания тепловоза,   имевшего мощность 960 л.с., прошли в Швейцарии.  В 1924 г. в Ленинграде был создан магистральный тепловоз ГЭ1 (Щэл1) системы Я. М. Гаккеля   мощностью   1000   л.   с.   В   ноябре 1924   г.   тепловоз   вышел   на железнодорожную магистраль и в январе 1925 г. прибыл в Москву.   Таким образом,  в  качестве   топлива   для  железнодорожных   локомотивов     выбрано дизельное топливо. К   концу   2016   года   в   Российской   Федерации   налажено   постоянное производство магистральных тепловозов ТЭП­70 и новые тепловозы ТЭП­70 (БС, У). Порядка 7 моделей магистральных грузовых, более современные из которых "Пересвет", " Витязь". 3 УСТРОЙСТВО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТЕПЛОВОЗА Дизельный   двигатель   тепловоза   преобразует   химическую   энергию сгорания жидкого топлива  в механическую энергию  вращения коленчатого вала,   от   которого   момент   вращения,   преобразуясь   тяговой   передачей, передается ведущим колесным парам. Важнейшей частью любого тепловоза является   его  первичный   двигатель  ­  дизель.  Дизель   плохо   приспособлен   к переменным   режимам   работы.   Мощность   дизельного   двигателя   прямо пропорциональна   частоте   вращения   его   коленчатого   вала   (при   неизменной подаче топлива). Для локомотива более полезной является работа двигателя на постоянном режиме  ­   обычно   при   максимальной   (номинальной)   частоте   вращения коленчатого вала, когда дизель развивает наибольшую мощность. Рисунок 1 – Основные части тепловоза. 4 Дизель   тепловоза —   двигатель   внутреннего   сгорания   с воспламенением от сжатия, установленный на тепловозе.  Рисунок 2 – Устройство тепловозного дизеля 1 — турбокомпрессор; 2 — блок дизеля; 3 — верхний коленчатый вал; 4 — вертикальная   передача;   5   —   воздуходувка;   6   —   тяговый   генератор;   7   — нижний коленчатый вал; 8 — поршень; 9 — антивибратор. Для   двигателей   тепловозов   применяется специализированное дизтопливо,   соответствующий   ГОСТ   52368­2005.   ГОСТ   52368­2005 распространяется   на   дизельное   топливо   ЕВРО,   предназначенное   для дизельных двигателей. Получается  такое топливо путем прямой перегонки нефти.   Другой   способ   получения   сырья   –   смешение   гидроочищенных компонентов с продуктом прямой перегонки, также допускается добавление других компонентов.  5 ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО: СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ Основными свойствами дизельного топлива, применяемого в двигателях с воспламенением от сжатия, является его самовоспламеняемость (цетановое число), фракционный состав, вязкость, коксуемость, зольность и т. п. Основные эксплуатационные показатели дизельного топлива:  цетановое число, определяющее высокие мощностные и экономические показатели работы двигателя;  фракционный   состав,  определяющий   полноту   сгорания,   дымность   и токсичность отработавших газов двигателя;  вязкость   и   плотность,  обеспечивающие   нормальную   подачу   топлива, распыливание в камере сгорания и работоспособность системы фильтрования; низкотемпературные   свойства,  определяющие   функционирование системы   питания   при   отрицательных   температурах   окружающей   среды   и условия хранения топлива  степень чистоты, характеризующая надежность работы фильтров грубой и тонкой очистки и цилиндропоршневой группы двигателя;  температура   вспышки,  определяющая   условия   безопасности применения топлива в дизелях;  наличие   сернистых   соединений,   непредельных   углеводородов   и металлов, характеризующее нагарообразование, коррозию и износ. Цетановое   число   ­   показатель,   характеризующий   самовоспламенение дизельного   топлива   в   цилиндре   дизеля.   Цетан   ­   чистый   углеводород   CH3­ (CH2)14­CH3  парафинового   ряда,   который   обладает   очень   хорошими 6 воспламенительными свойствами и обеспечивает мягкость работы дизеля. Его цетановое число условно принято за 100 единиц. Рисунок 3 – Схема изготовления дизельного топлива Состав   этого   горючего   полностью   отличается   от   состава   бензина, поскольку   способ   поджигания   топливно­воздушной   смеси   в   цилиндрах бензинового   и   дизельного   двигателей   разный.   Бензин   воспламеняется   от искры свечи зажигания и для него важно такое свойство, как детонационная стойкость, обозначаемое октановым числом. У дизельного двигателя топливо самовоспламеняется   за   счет   большой   степени   сжатия,   и   его   основной качественной   характеристикой   является   цетановое   число,   которое характеризует   воспламеняемость   горючего   или   время,   требуемое   на 7 воспламенение  топлива  в  цилиндре. Чем  оно  выше,  тем  меньше  требуется времени. У  дизельного  топлива  цетановое  число   составляет  40 ­  50 (чаще всего 45). Рисунок 4 – Требования к характеристикам дизельного топлива Для   быстроходных   тепловозных   дизелей   применяют   топливо, получаемое прямой перегонкой нефти, а также смешением продуктов прямой перегонки с гидроочищенными компонентами. По ГОСТ 305—73 вырабатывают дизельное топливо четырех сортов: Л — летнее, рекомендуемое для эксплуатации дизелей при температуре воздуха 0 °С и выше; 3 — зимнее, рекомендуемое для эксплуатации дизелей при температуре воздуха минус 20 °С и выше; 8 ЗС— зимнее северное, рекомендуемое для эксплуатации дизелей при температуре воздуха минус 30 °С и выше; А — арктическое, рекомендуемое для эксплуатации при температуре воздуха минус 50 °С и выше. Кроме того, для тепловозных дизелей разрешается применять дизельное топливо по ГОСТ 4749—73 сортов ДЗ и ДЛ. Зимнее дизельное топливо ДЗ имеет облегченный фракционный состав, пониженные вязкость и температуру застывания, что способствует удовлетворительной работе дизелей в зимних условиях. Летнее топливо ДЛ имеет несколько утяжеленный фракционный состав и большую вязкость. По содержанию серы дизельное топливо делится на две подгруппы: 1 — содержание серы не более 0,2 %; 2 — содержание серы от 0,2 до 0,5 %. При поставке   топлива   к   обозначению   марки   топлива   добавляют   цифру, обозначающую процент содержания серы — 0,2 или 0,5. Топливо летнее Л с содержанием   серы   до   0,2   %   обозначается   Л­02   (ГОСТ   305—73),   топливо зимнее северное ЗС с содержанием серы свыше 0,2 до 0,5 % — ЗС­0,5 (ГОСТ 305—73). Дизельное   топливо   различных   сортов   вырабатывают   на специализированных нефтеперерабатывающих заводах. 9 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Для будущего машиниста тепловоза одним из важных вопросов химии является   изучение   физических   и   химических   свойств   жидких нефтепродуктов, а именно следующих: цетановое число, определяющее высокие мощностные и экономические показатели работы двигателя;  фракционный   состав,  определяющий   полноту   сгорания,   дымность   и токсичность отработавших газов двигателя;  вязкость   и   плотность,  обеспечивающие   нормальную   подачу   топлива, распыливание в камере сгорания и работоспособность системы фильтрования; низкотемпературные   свойства,  определяющие   функционирование системы   питания   при   отрицательных   температурах   окружающей   среды   и условия хранения топлива  степень чистоты, характеризующая надежность работы фильтров грубой и тонкой очистки и цилиндропоршневой группы двигателя;  температура   вспышки,  определяющая   условия   безопасности применения топлива в дизелях;  наличие   сернистых   соединений,   непредельных   углеводородов   и металлов, характеризующее нагарообразование, коррозию и износ.  Знания из раздела органической химии помогут будущему машинисту определить   эксплуатационные   характеристики   (физические   и   химические свойства) заливаемого  дизельного топлива, что в свою очередь скажется на работе дизеля, тяговых свойств тепловоза.   10 ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ 1. Белоусов   В.Н.,   Смородин   С.Н.,   Смирнова   О.С.   Топливо   и   теория горения. Ч. 1. Топливо. – СПб.: СПбГТУРП, 2011. – 84 с. 2. ГОСТ   52368­2005   Топливо   дизельное.   Технические   условия.   Дата введение: 01.07.2006г. 3. Железнодорожный   моделизм:   сайт.   ­   [электронный   ресурс].   ­   Режим доступа: http://www.modelzd.ru. Дата обращения: 01.02.2018г. 4. Кузнецов   Б.Н.   Моторные   топлива   из   альтернативного   нефти   сырья //Соросовский образовательный журнал. – 2000. – Том 6, № 4. – С.51­56.  5. Локомо: сайт. ­ [электронный ресурс]. ­ Режим доступа: http://lokomo.ru. Дата обращения: 01.02.2018г. 6. Майс В.Р., Дегтярева О.С. Статистический учет парка локомотивов в современных   условиях   //Научное   сообщество   студентов  XXI  столетия. Экономические науки: сб.ст. по мат.XXXIмеждунар.студ. науч.­практ.конф. ­ [электронный https://sibac.info/studconf/econom/xxxi/41492. Дата обращения: 01.02.2018г. ресурс]. Режим   ­       доступа: Тепловозы:   сайт.   ­   [электронный   ресурс].   ­   Режим   доступа: 7. http://www.dieselloc.ru. Дата обращения: 01.02.2018г. 11