Топливо для дизелей
Виды топлива
Топливом называют горючие вещества, сжигаемые в целях получения тепловой энергии. В судовых двигателях применяют лишь жидкое топливо, на береговых установках и на автомобильном транспорте встречаются газовые двигатели. Твердое топливо в ДВС не применяют.
Основным видом жидкого топлива являются продукты переработки нефти. Жидкое топливо может быть получено также путем переработки угля, сланцев или путем синтеза, но на отечественном флоте такое топливо не используют.
Газообразных топлив много. Хорошо известны естественный газ, попутный газ нефтяных месторождений, газ, образующийся при переработке нефти, колошниковый газ металлургических заводов. Некоторые газы получают искусственно. На автотранспорте применяют смесь пропана и бутана. В специальных газогенераторах можно газифицировать твердое топливо, т. е. превратить в газ. Этим перечислением виды газообразного топлива далеко не исчерпаны.
Как показал опыт эксплуатации автомобилей, выпускные газы от сжигания газообразного топлива менее токсичны. Однако переводить судовые двигатели на газ нерационально: баллоны для хранения топлива громоздки и масса их больше.
Состав топлива
Основными химическими элементами, входящими в состав топлива, являются углерод и водород. Содержание углерода в нефти и нефтепродуктах составляет 83—87%, водорода 11—14% всей массы топлива.
Как правило, топливо содержит серу. Хотя этот элемент и горючий, он является вредной примесью. При сгорании серы образуются сернистый и серный ангидриды, вызывающие коррозию металлов, а при соединении с водой образующие еще более коррозионно-активные сернистую и серную кислоты.
Сера может находиться в топливе в виде различных соединений. Некоторые из них: сероводород, меркаптаны (органические соединения типа RSH, где R — углеводородный радикал, например СНз)—являются активновоздействующими на металлы и вызывают коррозию поверхностей, в частности деталей топливной аппаратуры. Общая доля серы в нефти доходит до 7%, наличие сероводорода в топливе для дизелей cтандартами не допускается.
В том или ином количестве в топливе содержатся кислород и азот. Кислород входит в состав различных соединений: органических кислот, смол и других нежелательных примесей. Азотистые соединения на качество топлива не влияют. Доля их в топливе невелика: кислорода до 1%, азота 0,1-0,2%.
В составе тяжелых топлив может быть ванадий. Если его доля будет более 0,001%, то образующаяся при сгорании топлива пятиокись ванадия приведет к активной коррозии деталей, соприкасающихся с продуктами сгорания при высокой температуре.
Нежелательная составная часть нефтепродуктов — высокомолекулярные соединения с плотностью, превышающей 1 г/см3, называемые смолами. Значительная доля смол в топливе вызывает отложение нагара на стенках цилиндра и поршневых кольцах, увеличивает образование осадков в топливе, способствует нарушению работы топливной системы и повышает коррозионную активность топлива. Нормальным можно считать содержание фактических смол до 50—70 мг в 100 мл топлива.
Из остальных веществ, которые может содержать топливо, следует назвать водорастворимые кислоты и щелочи, механические примеси, воду. Кислот и щелочей в топливе быть не должно, так как они вызывают коррозию деталей и стенок емкостей, в которых хранится топливо. Механические примеси загрязняют топливную систему, способствуют изнашиванию деталей топливной аппаратуры. В связи с этим даже в тяжелых топливах механических примесей не должно быть больше 0,2%.
Вода может нарушить нормальную работу двигателя, способствует коррозии и изнашиванию деталей. В тяжелых топливах она образует эмульсию, разрушить которую очень трудно. Поэтому долю воды в тяжелом топливе до 1,5% считают нормальной. В легких топливах вода не должна быть.
Теплота сгорания топлива. Основным показателем, определяющим ценность топлива как источника тепловой энергии, является теплота сгорания, выделяющаяся при полном сгорании 1 кг топлива.
Поскольку в топливе содержится водород, при его сгорании образуется водяной пар. Известно, что при конденсации водяного пара выделяется теплота. Следовательно, после сгорания 1 кг топлива выделится теплота как результат окисления углерода и водорода — низшая теплота сгорания, так и вследствие конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода. Оба этих слагаемых в сумме называют высшей теплотой сгорания.
В двигателях внутреннего сгорания отработавший газ выходит из цилиндра при температуре значительно выше 373 К Это значит, что водяной пар конденсироваться внутри цилиндра не будет и теплота, выделяющаяся при его конденсации, использованной быть не может. Поэтому при оценке эффективности работы двигателей внутреннего сгорания учитывают только низшую теплоту сгорания.
Теплота сгорания жидкого нефтетоплива колеблется в нешироких пределах Так, низшая теплота сгорания бензина составляет 44 000—46 000 кДж/кг, дизельного топлива — 41 000—43 000, газотурбинного — порядка 40 000 кДж/кг
Для упрощения планирования и отчетности по расходу топлив с различной теплотой сгорания введено понятие условного топлива, т. е. топлива с теплотой сгорания 29 308 кДж/кг.
Например, если израсходована 1 т дизельного топлива с теплотой сгорания 42 500 кДж/ 42 500 кг, то это будет соответствовать 42500/29308 = 1,45 т условного топлива
Фракционный состав
Он характеризует долю углеводородов в процентах (по объему), выкипающих до той или иной температуры, а также однородность топлива. На специальной лабораторной установке устанавливают, при какой температуре испаряется 50 и 96% топлива. Иногда определяют температуру, при которой испаряется 10% топлива, а для тяжелых топлив находят обратную величину.
Чем уже фракционный состав топлива, тем лучше оно сгорает в двигателе.
Например, если 50% топлива одной марки испаряется при 250 °С, 96% — при 340 °С, т. е. разность 90 °С, а у топлива другой марки — разность 60 °С (при 280 °С и 340 °С), то последнее топливо более качественно. Наличие в топливе легких фракций, снижающих температуру испарения до 200 °С и ниже, облегчает пуск двигателя, но приводит к более жесткой его работе (см. § 6). Тяжелые углеводороды, выкипающие при температуре выше 623 К, ухудшают смесеобразование, способствуют дымной работе двигателя и отложению нагара. В малооборотных двигателях топливо с тяжелыми фракциями сгорает достаточно качественно.
Вязкость
Качество распыливания топлива сильно зависит от вязкости топлива, т е. свойства жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц под действием внешней силы.
Различают кинематическую вязкость, выражаемую в м2/с, и динамическую — в Па*с. Единица кинематической вязкости (м2/с) равна кинематической вязкости среды плотностью 1 кг/м3, динамическая вязкость которой равна 1 Па*с.
В зарубежных документах и инструкциях, с которыми приходится сталкиваться при заходе в иностранные порты и при обслуживании техники, построенной в других странах, встречается вязкость, заданная по времени истечения в различных условиях: по Редвуду (R1, с) и по Сейболту (SU, с).
При повышении температуры жидкости вязкость ее уменьшается. Поэтому значение вязкости всегда указывают со ссылкой на температуру, при которой она определена.
Топливо хорошо прокачивается через систему и свободно распыливается при вязкости до 8*10-6 м2/с при 20 °С. Если вязкость выше, то применять топливо без подогрева трудно. Вязкость топлива меньше 1,5*10-6 м2/с при 20 °С тоже нежелательна. Дело в том, что топливо является смазочной жидкостью для топливных насосов и форсунок, и если вязкость его будет мала, то работа топливной аппаратуры станет ненадежной.
Температурные характеристики. Применимость топлива при низких температурах окружающей среды зависит от температур его застывания и помутнения.
Температурой застывания называют такую температуру, при которой уровень топлива в пробирке при ее наклоне на 45° остается неподвижным в течение 1 мин, т. е. прекращается текучесть топлива. При температуре помутнения в топливе появляются кристаллы парафина или других углеводородов, способные забить топливную систему (прежде всего фильтры) и нарушить подачу топлива в цилиндры.
При температуре вспышки пары топлива, подогреваемого в специальном приборе, вспыхивают при поднесении открытого огня к отверстию, имеющемуся в крышке прибора. Эта температура определяет степень пожарной опасности топлива. Согласно Правилам Речного Регистра РСФСР температура вспышки топлива, применяющегося для судовых двигателей, должна быть не ниже 333 К. Регистр России, правилам которого должны соответствовать суда, выходящие в море, допускает в отдельных случаях применять топливо с температурой вспышки не ниже 316 К, но оговаривает для этих случаев повышенные требования к обеспечению пожарной безопасности.
С точки зрения использования топлива в дизеле важной характеристикой является температура самовоспламенения, при которой частицы топлива, находящегося в контакте с воздухом, воспламеняются без какого-либо особого источника зажигания. Отсюда температура воздуха в цилиндре к концу сжатия должна быть выше температуры самовоспламенения топлива в самых неблагоприятных условиях, например при пуске холодного дизеля.
Прямой связи между температурой самовоспламенения и температурой вспышки нет. Однако тяжелые углеводороды имеют более низкую температуру самовоспламенения, чем легкие того же ряда. Поэтому обычно у топлив с низкой температурой вспышки более высокая температура самовоспламенения.
Прочие свойства топлива
При изготовлении топлива определяют долю серы и некоторых ее соединений Государственными стандартами предусматривают его испытание на медной пластинке: в топливо на определенное время помещают пластинку из электролитической меди, после чего смотрят, изменился ли цвет ее поверхности. Если медь не покрылась специфичными пятнами, то активных сернистых соединений или свободной серы в топливе нет, значит, оно выдержало испытание Согласно стандартам, все марки дизельного топлива это испытание должны выдерживать. Для тяжелых топлив (газотурбинного, моторного) испытание на медной пластинке не предусматривают.
В качественные показатели топлива входят его коксуемость и зольность Коксом называют остаток, образованный после испарения топлива при высокой температуре и без воздуха. Чтобы повысить точность лабораторного опыта, у дизельных топлив определяют коксуемость 10%-ного остатка пробы после испарения остальных 90%.
Зола — это неорганическая составляющая топлива. Для определения зольности топливо выпаривают, а образовавшийся остаток прокаливают, получая золу.
Кокс и зола, откладываясь на стенках и кольцах, увеличивают изнашивание цилиндра, способствуют пригоранию поршневых колец, закоксовыванию форсунок. Доля кокса у тяжелых топлив доходит до 10%, зольность — до 0,15%. У дизельного топлива коксуемость и зольность значительно ниже.
Как известно, в топливе могут быть водорастворимые кислоты и щелочи. Кроме того, в нем присутствуют органические кислоты, содержание которых характеризует показатель, называемый кислотностью, т е количество миллиграммов едкого кали (КОН), необходимое для нейтрализации кислот, содержащихся в 100 см3 топлива. Во избежание коррозии деталей топливной апаратуры кислотность топлива не должна превышать 5 мг КОН на 100 мл.
Согласно стандартам на топливо требуется определять его коэффициент фильтруемости. В соответствующем приборе измеряют время, необходимое для прохождения каждой из десяти порций по 2 см3 топлива через фильтровальную бумагу Коэффициентом фильтруемости называют отношение времени фильтрации десятой порции ко времени первой. Если коэффициент фильтруемости будет 5 и более при прохождении не десятой, а одной из предыдущих порций, то на этом испытание прекращают.
При длительном хранении в топливе окисляются углеводороды, в результате чего увеличивается в нем доля смол Интенсивность смолообразования зависит от ряда внешних факторов: температуры, поверхности соприкосновения топлива с воздухом, а также от содержания в топливе непредельных углеводородов, склонных к окислению Их количество характеризует йодное число, т е количество йода в граммах, присоединяющегося к непредельным углеводородам, содержащимся в 100 г топлива. Йодное число стандарты нормируют не для всех топлив.
Также не для всех топлив нормирована его плотность, однако определять ее следует обязательно: нужна для расчетов. Плотность нефтепродуктов (г/см3) определяют при их температуре 293 К, делят на плотность воды при 277 К, принятую за единицу, и обозначают p. Плотность дизельного топлива составляет 0,8—0,86 г/см3, у моторного, предназначенного для малооборотных дизелей, она достигает 0,97 г/см3.
Для улучшения естественных свойств в топливо вводят присадки. В последние годы разрабатывают присадки, снижающие изнашивание и нагарообразование, предотвращающие коррозию, способствующие лучшему распыливанию топлива.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com