Лекции - Горюче-смазочные материалы - файл n1.doc. Бензин лекция


Лекция № 6 Дизельное топливо

155

План лекции

1. Эксплуатационные требования к качеству дизельных топлив.

2. Свойства топлив.

3. Испаряемость дизельных топлив.

4. Склонность топлива к самовоспламенению. Цетановое число.

5. Коррозионное воздействие топлива на двигатель и топливную аппаратуру.

6. Вязкость дизельных топлив.

7. Влияние характеристик дизельного топлива на образование нагара.

8. Присадки, улучшающие показатели качества дизельного топлива.

9. Ассортимент дизельных топлив.

10. Контроль качества дизельного топлива.

1. Эксплуатационные требования к качеству дизельных топлив

Дизельное топливо– это нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурой кипения в пределах от 200 до 350С. Дизельное топливо прозрачная, более вязкая, чем бензин, жидкость. Его окраска зависит от содержащихся смол и меняется от желтого до светло – коричневого цвета. Дизельное топливо в воде практически не растворяется и так же, как и бензин, легче нее.

Дизельное топливо по ГОСТ 305-82 получают компаундированием прямогонных и гидроочищенных фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта по содержанию серы. В качестве сырья для гидроочистки используется смесь среднедистиллятных фракций прямой перегонки и вторичных процессов, чаще прямогонного дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга. Содержание серы в прямогонных фракциях в зависимости от перерабатываемой нефти колеблется в пределах 0,8-1,0% (для сернистых нефтей), а содержание серы в гидроочищенном компоненте – от 0,08 до 1,0%.

Дизельное топливо предназначено для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники.

В дизелях топливо смешивается с воздухом непосредственно в камере сгорания, и отсутствует принудительное зажигание рабочей смеси. Отсюда специфические требования к качеству дизельного топлива. В цилиндрах дизельного двигателя сжимается не рабочая смесь, а воздух. В воздух, сжатый в цилиндре до 3,0 ... 7,0 МПа и нагретый за счет высокого давления до 500 ... 800 С, под высоким давлением (до 150 МПа) через форсунку впрыскивается топливо. Оно испаряется, нагревается до температуры самовоспламенения, перемешивается с горячим воздухом и сгорает. Сложные процессы смесеобразования и сгорания топлива осуществляются за небольшой промежуток времени, соответствующий 20 ... 25 поворота коленчатого вала.

В карбюраторном двигателе при равной частоте вращения коленчатого вала приходится в 10 ... 15 раз больше времени, чем в дизелях.

Надежная и экономичная работа дизельных двигателей обеспечивается, когда правильно подобрано топливо, установлен оптимальный угол опережения впрыска, и когда смесь полностью сгорает во время рабочего хода. Иначе увеличивается дымность выхлопа, падает мощность, повышается удельный расход топлива.

Дизельные двигателя очень широко распространены в народном хозяйстве, их устанавливают на тракторах, самоходных шасси, комбайнах, дорожных машинах, широко применяют в железнодорожном и водном транспорте, на мощных грузовых автомобилях, используют в различных стационарных и передвижных энергетических установках и т. д. С каждым годом растет мощность дизельного парка, а, следовательно, и потребление дизельных топлив. Основное преимущество дизельных двигателей — меньший удельный расход топлива, чем у карбюраторных: 170—195 г/л. с. ч. против 220—250 г/л. с. ч. Большая экономичность достигается главным образом за счет высоких степеней сжатия — 14—20 (у карбюраторных 6—9).

Во Франции 70% парка автомобилей легковых – дизельные.

На преодоление 5575 км дизельный универсал израсходовал 470,4 л дизтоплива (8,4 л/100 км), которое обошлось в 546,13 евро (ноябрь 2008 г.). Автомобиль с бензиновым двигателем расходуя 9,6 л на 100 км пробега, выпил 537,6 л бензина на 665 евро. Дизельный мотор сэкономил 119 евро.

В тоже время дизели отличаются большей сложность в изготовлении и большими габаритами. По экономичности и надежности работы дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями.

Дизельные двигатели выпускают разной мощности: от нескольких л. с. до десятков тысяч. На тракторах сельскохозяйственного назначения установлены двигатели мощностью 20—100 л. с. Пока в небольших количествах используются мощные высокофорсированные тракторы К-700 (мощность 200 л. с.), Т-140 и Т-180 (мощность 140 и 180 л. с.) и др., но с каждым годом удельный вес мощных тракторов повышается.

В зависимости от средней скорости движения поршня двигатели делятся на быстроходные (частота вращения коленчатого вала больше 1000 об/мин, скорости поршня выше 6,5 м/с) и тихоходные с частотой вращения коленчатого вала в минуту менее 700 и скоростью поршня ниже 6,5 м/с. Современные, а особенно перспективные, дизельные двигатели являются форсированными по частоте вращения и среднему эффективному давлению.

Распыл топлива в дизелях осуществляется сжатым воздухом (компрессорные) и форсункой, работающей под высоким давлением, создаваемым топливным насосом высокого давления ТНВД (бескомпрессорные). Транспортные двигатели только бескомпрессорные, стационарные бывают и те и другие.

Бескомпрессорные дизельные двигатели по смесеобразованию и сгоранию топлива подразделяются на двигатели с непосредственным впрыском, в которых распыл и сгорание происходят в одной камере, и с разделенными камерами сгорания (предкамерные, вихрекамерные и др.), где распыл и основное сгорание топлива осуществляются в разделенных камерах. Более перспективны двигатели с непосредственным впрыском топлива.

Основная масса дизельных двигателей - четырехтактные, в них рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала, но есть и двухтактные, в которых рабочий цикл происходит за два хода поршня или один оборот коленчатого вала. Двухтактные двигатели имеют высокую литровую мощность, но более теплонапряжены, так как у них за единицу времени совершается в два раза больше рабочих ходов. Наиболее распространены четырехтактные быстроходные дизели.

Ассортимент выпускаемых дизельных топлив очень велик: от легких маловязких, предназначенных для сжигания в быстроходных двигателях, до тяжелых вязких продуктов для тихоходных дизелей. По химическому составу дизельные топлива в основном состоят из парафиновых и нафтеновых углеводородов с небольшим количеством ароматических и непредельных соединений. В летних сортах топлив больше парафиновых углеводородов, а в зимних — нафтеновых.

Условия работы быстроходных дизельных двигателей тяжелее, чем тихоходных, у них значительно выше механические и тепловые нагрузки. Высокая экономичность быстроходных двигателей достигается форсировкой и большой теплонапряженностью, что значительно повышает требования к качеству сжигаемого топлива. Быстроходные двигатели, устанавливаемые на автомобилях, тяжелых грузовиках, тракторах и комбайнах, наиболее распространены, поэтому в дальнейшем изложении основное внимание уделяется топливу для них.

Схема работы четырехтактного дизельного двигателя следующая: ход всасывания — поршень движется вниз, цилиндр двигателя заполняется свежим воздухом из окружающей атмосферы; ход сжатия — поршень от НМТ перемещается вверх и сжимает свежий заряд воздуха, в результате сжатия давление повышается до 3,0-5,0 МПа, а температура увеличивается до 600 – 700 °С, в конце хода сжатия за 14-20° до подхода поршня к ВМТ начинается подача топлива, заканчивающаяся 6-10° после ВМТ. Топливо перемешивается с воздухом, испаряется, окисляется, воспламеняется и сгорает, химическая энергия топлива переходит в тепловую, а тепловая — в механическую работу, совершается рабочий ход поршня. Давление в цилиндре двигателя поднимается до максимального значения р = 7,0-8,0 МПа, а температура до 1700-1900 °С. Расширяясь, продукты сгорания топлива давят на поршень, который из ВМТ перемещается вниз (рабочий ход). Последний, четвертый, ход поршня — выхлоп, когда поршень двигается вверх и выталкивает отработавшие газы через выхлопную систему в окружающую атмосферу.

Для обеспечения своевременного и полного сгорания топлива за тот ничтожно короткий промежуток времени, который отводится на процессы смесеобразования и сгорания в быстроходных дизельных двигателях, топливо должно удовлетворять следующим эксплуатационным требованиям.

1. Обладать хорошей прокачиваемостью, чтобы обеспечивать надежную работу топливного насоса высокого давления, а для этого иметь оптимальную вязкость, хорошие низкотемпературные свойства и не содержать механических примесей и воды.

2. Обеспечивать необходимый распыл, хорошие смесеобразование и испарение; для этого топливо должно иметь оптимальную вязкость и определенный фракционный состав.

3. Обладать необходимой воспламеняемостью, чтобы осуществлялся легкий пуск холодного двигателя, плавное нарастание давления (мягкая работа) и полное бездымное сгорание. Эти свойства топлива зависят от его химического и фракционного состава и вязкости. Химический состав топлива оценивается цетановым числом, которое характеризует воспламеняемость и является основным показателем моторных свойств топлива.

5. Топливо должно иметь возможно более высокую теплоту сгорания.

6. Не должно вызывать повышенного образования нагара и других отложений на клапанах, кольцах, поршнях, вызывать закоксовывание иглы распылителя. Склонность к нагаро- и лакообразованию топлива зависит от его химического и фракционного состава, глубины очистки, вязкости, содержания механических примесей.

6. Не должно содержать коррозийно-активных продуктов, вызывающих коррозию резервуаров, тары, топливопроводов, топливоподающей аппаратуры, деталей двигателя. В топливе должно быть минимальное количество веществ, продукты сгорания которых вызывают коррозию деталей двигателя. Коррозийные свойства топлива зависят от наличия в нем минеральных и органических кислот, сернистых соединений и воды.

studfiles.net

Лекция по теме "Топливо"

Тема: Технологические процессы при обжиге сырьевых смесей и получение портландцементного клинкера

Тема урока: Технологическое топливо и его подготовка

В цементной промышленности для обжига цементного клинкера, сушки сырья и добавок применяется твердое, жидкое и газообразное топливо.

Характеристика топлива

Характеристика топлива включает следующие показатели: химический состав, теплоту сгорания, расход воздуха на горение, выход продуктов горения, жаропроизводительность (теоретическую температуру горения) и содержание CO2+SO2 в сухих продуктах горения (RO2max).

Твердое топливо

К основным видам твердого топлива, используемого в цементной промышленности, относятся каменные и бурые угли, горючие сланцы. В России преимущественно применяется каменный уголь, поэтому ниже приводятся данные именно по этому топливу. Для твердого топлива в зависимости от состава различают рабочую, сухую, горючую и органическую массы.

Характеристики состава твердого топлива

Каменный уголь – характеристика горючей массы:

  1. содержание:

  • углерод – 75…90%,

  • водород – 4…6%,

  • кислород – 2…15%,

  • летучие – 10…50%,

  • зольность – 13…22% (сухой массы),

  • влажность – 5…15% (природной рабочей массы),

  • RO2max = 18,0…19,3%;

  1. теплота сгорания = 31…35 МДж/кг;

  2. жаропроизводительность = 2020…2120°С;

  3. теоретический расход воздуха на 1 кут – 7,63 нм3;

  4. выход продуктов горения на 1 кут – 7,92 нм3.

Жидкое топливо

В качестве жидкого топлива для вращающихся печей применяют в основном топочный мазут марок 40 и 100.

  1. состав мазута:

  • углерод – 86,1…86,3%,

  • водород – 9,6…10,7%,

  • сера – 0,5…3,5%,

  • влажность – 0…2%,

  • RO2max – 15,9…16,2%;

  1. теплота сгорания: М 40 – = 38,5…40,7 МДж/кг,

М 100 – = 38,3…40,3 МДж/кг;

  1. жаропроизводительность = 1400…2000°С;

  2. теоретический расход воздуха на 1 кут – 7,63 нм3;

  3. выход продуктов горения на 1кут – 8,18 нм3;

  4. температура застывания: М 40 < +10ºС, М 100 < +25ºС;

  5. температура вспышки: М 40 > 90ºС, М 100 > 110ºС.

Газообразное топливо

В качестве газообразного топлива используется природный газ, который в основном состоит из метана и незначительного количества высокомолекулярных углеводородов.

Характеристика природного газа

  1. содержание:

Ch5 = 81,7…98,7%,

CnHm = 1,2…9,5%,

CO2 = 0,1…0,4%,

N2 = 0,5…8,5%,

RO2max = 11,6…12,0%;

  1. теплота сгорания:

= 36…38 МДж/нм3,

= 33…36 МДж/ст.м3;

  1. жаропроизводительность = 2030…2040оС;

  2. теоретический расход воздуха на 1 кут – 7,77 нм3;

  3. выход продуктов горения на 1кут – 8,68 нм3.

Подготовка топлива

Топливо для сжигания во вращающейся печи требует определенной подготовки.

Твердое топливо

Во вращающейся печи осуществляется факельное сжигание топлива, поэтому твердое топливо предварительно подвергается сушке и помолу до порошкообразного состояния. Основным твердым топливом, используемым при обжиге клинкера во вращающейся печи, является каменный уголь, поэтому далее будут рассматриваться способы подготовки и сжигания именно пылеугольного топлива.

К форсуночному топливу предъявляются следующие требования:

  • содержание летучих – ~ 15…30%;

  • зольность – ≤ 30%;

  • влажность – ~ 1…2%;

  • остаток на сите №02 – R02~1,5…2,0%; №008 – R008~10…15%;

  • теплота сгорания низшая – ≥ 21 МДж/кг.

Схемы подготовки форсуночного топлива

Подготовка топлива сводится к сушке и помолу угля. При высокой исходной влажности кусковой уголь может подвергаться предварительной сушке в сушильном барабане. Однако, как правило, в современных технологических схемах производится одновременная сушка и помол угля. При этом используются три принципиально различные схемы:

  • объединенная с печью система, когда весь сушильный агент направляется в печь в качестве транспортирующего угольный порошок первичного воздуха

  • разъединенная схема, когда используется индивидуальная независимая от печи сушильно-помольная система;

  • систем прямого вдувания угольного порошка из быстродействующей мельницы в печь

Общим для всех схем является необходимость из-за взрывобезопасности поддержание температуры после мельницы для большинства углей до 70ºС. Только для тощих допускается 80ºС.

Рассмотрим особенности работы каждой схемы.

Объединенная с печью система. Особенность данной схемы заключается в следующем:

  • в качестве сушильного агента используются газы из специальной топки или избыточный воздух из колосникового холодильника;

  • газы из мельницы после частичной очистки в циклоне направляются вентилятором во вращающуюся печь в качестве первичного воздуха, вследствие чего не требуется дополнительное пылеулавливающее оборудование и отсутствует выброс угольной пыли газов в атмосферу, следовательно, она более экологична;

Объединенная с печью система подготовки угля

Разъединенная с печью система подготовки угля

Система прямого вдувания угольного порошка в печь

  • завышенное, до 30%, количество холодного первичного воздуха взамен горячего вторичного, обусловленное большим объемом сушильного агента, приводит к перерасходу топлива и к нерациональному факелу.

Разъединенная схема возникла именно в связи с необходимостью устранения этих недостатков. Это стало особенно актуально с появлением горелок, позволяющих сжигать угольное топливо с небольшим, до 7%, количеством первичного воздуха и смеси различных топлив, в том числе и техногенных материалов.

Недостатком разъединенной схемы является необходимость установки дополнительного оборудования: электрофильтра, вентилятора, бункера, пневмотранспорта, трубы (на рис.2 выделено синим цветом). Это, естественно, приводит к дополнительным капитальным затратам и перерасходу электроэнергии. Однако экономия топлива и другие положительные моменты перекрывают эти недостатки, поэтому в настоящее время, в основном, применяется подобная схема.

Система прямого вдувания угольного порошка из мельницы в печь имеет предельно малое количество оборудования. Такая схема особенно эффективна при сушке угля невысокой влажности. Преимущества системы прямого вдувания, помимо обозначенных для первой схемы, заключаются в ее компактности, малом количестве оборудования, низких капитальных затратах и пониженном расходе электроэнергии. Недостатки те же, что и для первой схемы. Однако из-за значительного уменьшения суммарной длины газоходов и количества оборудования существенно уменьшается сопротивление системы, что позволяет значительно снизить объем сушильного агента и, соответственно, первичного воздуха.

Жидкое и газообразное топливо

Подготовка к сжиганию в печи мазута сводится к его подогреву до температуры порядка 105…120ºС с тем, чтобы обеспечить условную вязкость по Энглеру, равной 1…2оВУ. Условная вязкость определяется в сравнении с водой по времени истечения мазута и воды из определенной емкости через калиброванное отверстие. Если время истечения совпадает, то это соответствует 1оВУ, при 2оВУ время истечения мазута будет в два раза дольше, чем воды. Для обеспечения интенсивного распыления мазута необходимо перед форсункой иметь давление в пределах 25…35 бар.

Газообразное топливо не требует предварительной подготовки. Для рациональной работы различных типов горелок требуется давление не ниже 2 бар.

Оптимизация сжигания топлива во вращающейся печи

Рассмотрим влияние отдельных факторов на горение топлива.

В и д, с о с т а в и п а р а м е т р ы п о д г о т о в к и т о п л и в а. Наибольшие скорость и температура горения наблюдаются при сжигании угольного топлива, наименьшие – при применении газообразного. Существенное влияние на горение твердого топлива оказывают: содержание летучих , зольность , влажность и тонкость помола по остатку R008 на сите №008. С повышением содержания происходит более раннее воспламенение топлива, увеличиваются длина факела. Ускоренное воспламенение угля можно обеспечить более тонким помолом, поэтому в зависимости от рекомендуется придерживаться соотношения R008=0,5·, т.е. размалывать угольный порошок до остатка 10…12%. Сушить топливо во всех случаях нужно до гигроскопической влажности W=1…2%.

Оптимальные условия горения мазута достигаются при вязкости 1…2°ВУ, которое обеспечивается при температуре подогрева до 100…120ºС.

Для рационального сжигания газообразного топлива необходимо давление перед горелкой не ниже 2 бар.

П е р в и ч н ы й в о з д у х. Количество первичного воздуха является одним из главных факторов, определяющих интенсивность горения топлива. С увеличением доли первичного воздуха и скорости вылета угольно-воздушной смеси из форсунки Wф происходит более дальнее воспламенение топлива, усиливается турбулентность потока и укорачивается факел.

О б щ и й в о з д у х. Избыток воздуха в печи зависит в основном от работы печного дымососа. С повышением разрежения за обрезом печи увеличивается количество и коэффициент избытка воздуха α в печи и уменьшается температура факела из-за увеличения объема продуктов горения Vпг.

где , , ,– теплота сгорания топлива, энтальпия воздуха, теплоотдача от факела; , – объем и теплоемкость продуктов горения

Одновременно снижается теплообмен в печи и возрастает расход топлива (рис. 9.8). Так, повышение α от 1,03 до 1,25 приводит к концентрации температуры на 20…30 м от головки печи и быстрому прожогу футеровки на этом участке. Рациональный факел получается при снижении α до 1,05…1,10. При этом топливо воспламеняется ближе к форсунке, несколько снижается скорость горения, увеличиваются степень черноты и теоретическая температура факела , что обеспечивает интенсивный теплообмен и высокую стойкость футеровки.

В то же время необходимо тщательно следить за тем, чтобы не происходил недожог топлива, так как при этом как показано ниже, резко уменьшится теплота сгорания и температура факела , что приведет к перерасходу топлива и выпуску брака.

С + О2 = СО2 + 33,9 МДж = 2200ºС

С + О2 = СО + 10,9 МДж = 1360ºС

С к о р о с т ь т о п л и в а на выходе из форсунки оказывает большое влияние на длину факела. С увеличением скорости интенсифицируется смешение топлива с воздухом, удаляется точка воспламенения, ускоряется горение и сокращается длина факела. На современных печах с колосниковыми холодильниками необходимо поддерживать скорость потока из сопла форсунки для угольного и мазутного топлива 60…80 м/с , а для газа – 200…350 м/с.

Т е м п е р а т у р а в т о р и ч н о г о в о з д у х а. Так как скорость горения топлива в печи, в основном, определяется турбулентной диффузией, то с увеличением уменьшается плотность и растет вязкость воздуха, что затрудняет смешение его с топливом и удлиняет факел.

П о л о ж е н и е ф о р с у н к и и н а п р а в л е н и е ф а к е л а. Регулировать длину факела можно также путем изменения положения форсунки. Форсунку рекомендуется устанавливать ниже оси печи, смещать ее в сторону материала на 0,05…0,1 диаметра печи и наклонять вниз под углом 1…3%. Чем ближе к клинкеру располагается пламя, тем более затруднен доступ кислорода к топливу и тем длиннее факел.

С о в о к у п н о е в л и я н и е отдельных факторов на горение топлива. Естественно, что все вышеуказанные факторы взаимосвязаны и не могут быть рассмотрены изолированно друг от друга. При изучении совокупности воздействий установлено, что важнейшее влияние на скорость горения оказывает предварительное смешение топлива с воздухом до момента его воспламенения, которое в значительной степени определяется удалением факела от форсунки. Чем дальше в печи загорается топливо, тем больше оно предварительно смешивается с воздухом до воспламенения и тем, следовательно, короче зона горения. Если же путем уменьшения количества и скорости первичного воздуха, разрежения за обрезом печи или увеличения тонкости помола, температуры вторичного воздуха и содержания летучих в угле приблизить факел к форсунке, то он становится желтым и непрозрачным. Видимость в печи резко ухудшается, что свидетельствует о высокой степени черноты факела. При этом создаются рациональные условия сжигания топлива, обеспечивающие защитную обмазку по длине всей зоны спекания, высокую стойкость футеровки, низкий расход тепла и хорошую гранулометрию клинкера .

Таким образом, основным параметром, определяющим рациональное сжигание топлива, является расстояние от точки воспламенения топлива до устья форсунки L0, которое контролируется по удаленности максимальной температуры корпуса печи от ее горячего обреза Lmax. Для вращающихся печей длиною от 100 до 185 метров оптимальной величиной является Lmax= 11…13 метров. При сжигании угольного топлива следует поддерживать L0 на уровне 0,5…1,5 метра.

Для увеличения длины факела следует:

  • уменьшать значения регулируемых параметров Wф, , α;

  • увеличивать и угол наклона горелки β на материал.

Для сокращения длины факела необходимо осуществлять противоположные действия.

Горелочные устройства для вращающихся печей

Дополнительное регулирование процесса сжигания топлива можно осуществлять с помощью горелочных устройств. В России в связи с тем, что для обжига клинкера в основном используется газообразное топливо, то совершенствовались горелки для сжигания газа.

Принцип их работы и параметры, приведенные на рисунках, свидетельствуют, что со временем головная часть горелок оснащалась регулирующими элементами, которые позволяют изменять скорость вылета топлива из сопла горелок и обеспечить завихрение газовой струи.

Самым простым устройством для подачи топлива на горение может служить прямая труба определенного диаметра. Однако такая горелка не позволяла изменять скорость вылета топлива без изменения его расхода. Для регулирования скорости вылета топлива применяются горелки с дросселем. Двигая вперед или назад дроссель можно изменять сечение сопла горелки, т.е. положением дросселя регулируют скорость смешения топлива с воздухом и длину факела. Для того, чтобы увеличить степень завихрения газового потока применяются горелки с дросселем и завихрителем. В качестве завихрителя выступают поворотные лопатки, положением которых регулируется интенсивность завихрения. Отличительной особенностью этой горелки является возможность регулировки отдельно скорости и отдельно степени завихрения потока.

Принцип и параметры работы различных газовых горелок

Головная часть газовой горелки с завихрителем

Горелки многоканального типа рассчитаны на сжигание угля, кокса, мазута и природного газа и их смесей, а также альтернативного топлива. Горелки многоканального типа с радиальным и аксиальным газом оснащены двумя типами форсунок: для осевой подачи газа (аксиальный газ) и для тангенциальной подачи газа (радиальный газ). По сравнению с простой одноканальной горелкой современные многоканальные предполагают большие возможности для управления формой факела путем регулирования соотношения между подачей радиального и аксиального газа рис.

Принцип работы газовой горелки Pyro-Jet фирмы KHD

Ниже приводятся устройство и параметры работы угольно-мазутной форсунки

1.Требуется не более 7% первичного воздуха.

2. Снижение расхода топлива

3. Снижение количества отходящих газов.

Горелка Pyro-Jet для сжигания смеси угля и мазута

Контрольные вопросы

  1. Какие виды топлива и для каких процессов используются в цементной технологии?

  2. Какими основными показателями характеризуется топливо?

  3. Что входит в состав рабочей, сухой, горючей и органической массы твердого топлива?

  4. Какие основные горючие составляющие угля, мазута и газа?

  5. Каковы требования к форсуночному угольному топливу?

  6. Схемы для одновременной сушки и помола угля.

  7. Что такое сушильный агент и первичный воздух?

  8. Какова необходимая температура подогрева и вязкость мазута для его сжигания во вращающейся печи?

  9. Как влияют на интенсивность горения и длину факела:

– вид, состав и параметры подготовки топлива;

– объем первичного воздуха и скорость потока в форсунке;

– коэффициент избытка воздуха и наклон горелки;

– температура вторичного воздуха;

– точка воспламенения топлива?

  1. Устройство и параметры работы газовых горелок.

  2. Устройство и параметры работы угольно-мазутной горелки.

RO2max = CO2+SО2 в сухих продуктах сгорания при теоретическом расходе воздуха на горение.

В системе СИ тепловой единицей является Дж. Однако на практике широкое распространение имеет «кал» и «кут» – кг условного топлива. Соотношение между ними: 1кут = 7000 ккал = 29,31МДж; 1 ккал = 4,19 кДж.

ст.м3 (стандартный м3) – объем газа при давлении 760 мм рт. ст. и 20оС, используется при коммерческих расчетах в РФ (1ст.м3=0,932нм3; 1нм3=1,073 ст.м3).

infourok.ru

3. Испаряемость и фракционный состав бензина

Испаряемость бензина оценивается показателями фракционного состава и летучести (давление насыщенных паров, потери от испарения и склонность к образованию паровых пробок).

Испаряемость бензина должна обеспечивать оптимальный состав топливовоздушной смеси на всех режимах работы двигателя независимо от способа ее приготовления. По способу приготовления смеси топлива с воздухом различают двигатели карбюраторные, в которых состав топливовоздушной смеси в основном задается конструкцией карбюратора, и инжекторные (с впрыском), в которых состав смеси регулируется электронной системой в зависимости от состояния двигателя и условий его работы.

С испаряемостью бензина связаны такие характеристики двигателя, как

  • пуск при низких температурах;

  • вероятность образования паровых пробок в системе питания в летний период;

  • приемистость автомобиля;

  • скорость прогрева двигателя;

  • износ цилиндропоршневой группы;

  • расход топлива.

Фракционный состав бензинов характеризуется температурами начала перегонки и выкипания: 10, 50, 90% объема бензина, конца кипения; объемом остатка в колбе и потери (%).

В последнее время чаще стали пользоваться объемами (%) испарившегося бензина при температуре 70, 100, 180 0С.

Характеристику бензина по холодному запуску принято связывать с температурой перегонки 10% бензина или объемной долей (%) бензина, перегоняемого при 70 °С.

Большинство современных автомобилей отличаются хорошей характеристикой по холодному запуску, и значимость этого показателя спецификации как фактора, ограничивающего запуск, несколько снизилась при условии достаточной испаряемости для прогрева и обеспечения управляемости при движении. Как характеристика прогрева, так и характеристика управляемости при движении в общем чувствительны к испаряемости средних фракций, обозначаемой в спецификациях температурной перегонки 50% бензина или объемной долей бензина, перегоняемого при 100 °С.

Содержание тяжелых фракций бензина ограничивают, так как в определенных условиях эксплуатации они могут испаряться не полностью и попадать в цилиндры двигателя в жидком состоянии. При этом топливо в цилиндрах смывает масляную пленку, из-за чего увеличивается износ, разжижается масло, повышается расход топлива.

В спецификациях на автомобильные бензины предусмотрены ограничения на давление насыщенных паров, в зависимости от климатических условий. Эту физическую характеристику топлива рассматривают как фактор, влияющий на надежность работы топливной системы, а также на потери от испарения, загрязняющие атмосферу при хранении, транспортировании и применении бензина.

В лабораторных условиях давление насыщенных паров определяют при температуре 37,8 0С и регламентированном соотношении паровой и жидкой фаз.

Испаряемость топлива влияет на выбросы автомобилей, причем это влияние особенно проявляется при эксплуатации автомобиля в условиях холодной и жаркой погоды. В холодную погоду низкая испаряемость увеличивает продолжительность запуска двигателя, и поскольку топливовоздушная смесь экстремально обогащена, то выбросы несгоревших углеводородов очень велики.

Во время прогрева двигателя недостаточная испаряемость бензина приводит к обеднению смеси в начале ускорения, и если автомобиль отрегулирован на режим, близкий к пределу обеднения, то могут возникнуть проблемы приемистости из-за чередования периодов, когда топливовоздушная смесь находится за пределами диапазона воспламенения. В такие периоды увеличиваются выбросы несгоревших углеводородов и оксида углерода.

Для автомобилей, имеющих воздушную заслонку с ручным управлением, проблемы приемистости могут быть смягчены путем усиленного дросселирования в течение продолжительного времени, но это приводит к еще большему обогащению смеси и, следовательно, к увеличению выбросов несгоревших углеводородов и оксида углерода.

В жаркую погоду основная проблема заключается в образовании паровых пробок в результате испарения бензина в топливном насосе и в трубопроводах подачи топлива, что ограничивает подачу топлива в двигатель. Это приводит к обеднению смеси и ухудшению приемистости либо, в экстремальных условиях, к остановке двигателя. На автомобилях с карбюраторными двигателями высокая испаряемость может также привести к кипению топлива в поплавковой камере, вследствие чего в цилиндры поступает очень богатая топливовоздушная смесь и, как результат, увеличиваются выбросы оксида углерода и несгоревших углеводородов.

Максимальную испаряемость можно контролировать одним из двух способов:

- максимальной температурой, при которой устанавливается отношение пар-жидкость, равное 20;

- индексом испаряемости или индексом паровых пробок (ИПП), который является функцией давления насыщенных паров и количества топлива в %, испарившегося при 70 °С.

ИПП = 10ДНП + 7V70,

где ДНП — давление насыщенных паров, кРа, V70 — количество топлива, испаряющегося при 70 0С, %.

Последний способ регулирования максимальной испаряемости включен в ГОСТ Р 51105-97 и ГОСТ Р 51866 - 2002.

Согласно этим спецификациям все автомобильные бензины по испаряемости подразделяются на 5 и 10 классов соответственно. Применение бензина того или иного класса определяется климатическими условиями, а также особенностями автотранспорта.

Испаряемость топлива является параметром, позволяющим оценить ряд его важнейших эксплуатационных свойств. Ее характеристикой служит фракционный состав. Его определяют по ГОСТ 2177-99 (ISO 3405-88) в лабораторных условиях с помощью специального прибора (рис. 4).

В стеклянную колбу прибора наливают 100 мл исследуемого топлива и закрывают горловину колбы пробкой со вставленным в ней термометром. Нижний конец термометра должен находиться на уровне боковой трубки, соединенной с холодильником. Баня холодильника должна иметь температуру за все время испытания 0-4 0С. Мерный цилиндр, которым отмеривали и заливали в колбу топливо, ставят у выходной трубки холодильника для сбора конденсата. При нагревании колбы находящееся в ней топливо постепенно прогревается и начинает испаряться. По мере повышения температуры из колбы последовательно выкипают и поступают в холодильник все более тяжелые фракции. По данным наблюдений за термометром и мерным цилиндром, в котором собираются выкипевшие и сконденсировавшиеся фракции, можно составить таблицу, а затем построить график зависимости количества испарившегося топлива от температуры. За температуру начала кипения принимают температуру, при которой из холодильника в мерный цилиндр упала первая капля топлива.

Рис. 4. Схема прибора для определения фракционного состава бензина:

1 – термометр; 2 – колба; 3 – верхний кожух; 4 – исследуемое топливо; 5 – штатив;

6 – нижний кожух; 7 – газовая горелка; 8 – водяная ванна холодильника;

9 – трубка холодильника; 10 – измерительный цилиндр на 100 мл

Перегонка считается законченной, когда прекратится рост температуры и наступит ее небольшое падение. Это состояние свидетельствует о прекращении потока паров топлива и переноса вместе с ним теплоты; наивысшая достигнутая температура считается температурой конца кипения топлива.

Определение проводят в строгом соответствии с действующим стандартом на стандартном приборе и стандартном режиме.

В стандарте на бензины нормированы характерные точки. К ним относятся температура начала кипения и температура, при которой выкипает 10, 50 и 90 % топлива (по объему). Кроме того, нормированы температура конца кипения, остаток топлива в колбе после окончания перегонки, а также суммарный остаток и потери при перегонке.

Перечисленные константы и показатели качества топлива из-за сложности процесса испарения в реальном двигателе могут быть использованы только для сравнительной оценки испаряемости различных топлив или для выявления действия на этот процесс каких-либо факторов.

Количественную оценку проводят по показателю динамической испаряемости. Этот показатель представляет собой отношение количества испарившегося топлива к количеству топлива, прошедшему через карбюратор и поданному в испарительную трубу. Выражают динамическую испаряемость обычно в процентах.

Изменяя скорость воздушного потока, его температуру, состав горючей смеси, можно проводить исследования испаряемости топлив в условиях, приближенных к реальным. На установке удобно выявлять зависимость полноты испарения от температуры воздуха яри заданных скоростях потока горючей смеси или от скорости потока при заданных температурах. Установив постоянную скорость потока и температуру, можно сравнивать различные параметры топлива.

Скрытая теплота испарения - одна из важных характеристик топлива. Процесс испарения топлива происходит в условиях сложного теплообмена между топливом, воздухом и стенкой впускного тракта. Если предположить, что вся теплота, необходимая для испарения топлива, передается ему от воздуха и самого топлива, можно определить строгую зависимость между скрытой теплотой испарения и понижением температуры горючей смеси. При применении спирта в качестве топлива такое понижение температуры настолько значительно, что широко используется для уменьшения тепловой напряженности форсированных двигателей спортивных автомобилей и мотоциклов. В табл. 1 приведены данные, показывающие влияние скрытой теплоты испарения различных топлив на понижение температуры стехиометрической горючей смеси (= 1).

Таблица 1

|Для компенсации понижения температуры в зоне интенсивного .испарения топлива подогревают впускной трубопровод, что позволяет предотвратить образование инея; при большой влажности воздуха в не подогреваемом впускном тракте двигателя иней образуется в таких количествах, что может перекрыть все сечение трубопровода и вызвать остановку двигателя.

В стандарте на автомобильные бензины из всех рассмотренных физических свойств, влияющих на процесс смесеобразования, нормируются только фракционный состав и давление насыщенных паров.

Рассмотрим влияние фракционного состава топлива на важнейшие эксплуатационные показатели двигателей.

Температура начала перегонки (начала кипения tнк) ограничена в сторону уменьшения: так, она не должна быть меньше 35 °С для всех марок бензина летнего вида. Этим условием предусматривается гарантия от возникновения паровоздушных пробок при сохранении в то же время пусковых свойств топлива. Кроме того, дальнейшее понижение этой температуры, особенно летом, увеличило бы потери бензина от испарения при хранении и транспортировке, а также пожарную опасность при его применении.

Температура выкипания 10 % топлива (t10% ) так же, как и температура начала кипения, характеризует пусковые свойства топлива и должна быть не выше определенной стандартом температуры, например, для летнего вида автомобильных бензинов не выше 70 °С, а для зимнего — не выше 55 °С. Фракции топлива, выкипающие до температуры перегонки 10 % объема топлива, условно называют «пусковыми», так как они определяют температуру окружающего воздуха, при которой еще возможен пуск непрогретого двигателя.

Зная температуру перегонки 10 % объема топлива и температуру начала кипения, можно определить приближенно по эмпирической формуле предельную температуру воздуха tmln, ниже которой пуск двигателя практически уже невозможен:

tmin = 0,5t10 – 50 + (tнк – 50)/3.

Для стандартных автомобильных бензинов зимнего вида эта формула дает значение примерно -28 °С. В реальных условиях эксплуатации предельная температура воздуха, при которой возможен пуск холодного двигателя, может отличаться от расчетной, так как она зависит еще от многих факторов, таких, как вязкость масла, состав горючей смеси, частота вращения вала двигателя и др.

В настоящее время имеются средства, позволяющие обеспечить пуск двигателя при низких температурах. К ним относятся предпусковые подогреватели, пусковые жидкости, пусковые устройства в карбюраторах и системах впрыскивания топлива.

Температура перегонки 50% объема топлива (t50% ) является характеристикой скорости прогрева двигателя и его приемистости, т. е. способности быстро увеличивать частоту вращения коленчатого вала при резком открытии дроссельной заслонки. Чем ниже температура t50%, тем быстрее прогревается двигатель и тем лучше его приемистость. В соответствии с действующим стандартом температура t50%, для летнего вида бензинов должна быть не выше 115°С, а для зимнего — не выше 100 °С. При таких значениях температуры t50% все современные двигатели как с жидкостным, так и с газовым подогревом впускного трубопровода быстро прогреваются и имеют хорошую приемистость. Дальнейшее снижение температуры t50%, дает незначительное улучшение этих показателей.

Температура, при которой перегоняется 90 % топлива (t90%), и температура конца кипения (tкк) характеризуют полноту его испарения и необходимую интенсивность подогрева впускного трубопровода. Полнота испарения топлива во многом предопределяет топливную экономичность двигателя, его мощность, токсичность отработавших газов и, наконец, износ цилиндропоршневой группы, так как неиспарившееся топливо, попадая на зеркало цилиндров, смывает с него масляную пленку.

Для автомобильных бензинов летнего вида в соответствии с требованиями стандарта температура t90%«180 0С, а температура tкк < 195 0С; для бензинов зимнего вида эти температуры должны быть соответственно не более 160 и 185 °С. Уменьшение температуры конца кипения современных бензинов в сравнении со снятыми с производства бензинами дало возможность уменьшить износ цилиндропоршневой группы на 20—25 %. На рис. 5 приведены характеристики фракционного состава бензина АИ-80.

Рис. 5. Характеристика фракционного состава бензина АИ-80:

1 - летний; 2 - зимний

Для индивидуальных углеводородов, например, изооктана, бензола или спиртов (метанола, этанола) понятия фракционный состав не существует, так как эти жидкости выкипают при постоянной температуре, которая для каждой из них является константой.

studfiles.net

Авиационные бензины - Лекции - Горюче-смазочные материалы

Лекции - Горюче-смазочные материалыскачать (179 kb.)Доступные файлы (20):

n1.doc

Авиационные бензины Бензины предназначены для применения в поршневых двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры).В зависимости от назначения их разделяют на автомобильные и авиационные.

Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества, определяющими их физико-химические и эксплуатационные свойства.

Современные автомобильные и авиационные бензины должны удовлетворять ряду требований, обеспечивающих экономичную и надежную работу двигателя, и требованиям эксплуатации: иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь оптимального состава при любых температурах;иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя; не изменять своего состава и свойств при длительном хранении и не оказывать вредного влияния на детали топливной системы, резервуары, резинотехнические изделия и др. В последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.

Ассортимент, качество и состав авиационных бензинов

Авиационные бензины предназначены для применения в поршневых авиационных двигателях. В отличие от автомобильных двигателей, в авиационных используется в большинстве случаев принудительный впрыск топлива во впускную систему, что определяет некоторые особенности авиационных бензинов по сравнению с автомобильными. Более высокие требования к качеству авиационных бензинов определяются также жесткими условиями их применения.

ГОСТ 1012-72 предусматривает две марки авиационных бензинов: Б-91/115 и Б-95/130. Марка авиабензина означает его октановое число по моторному методу, указываемое в числителе, и сортность на богатой смеси - в знаменателе дроби. Бензин Б-91/115 предназначен для эксплуатации двигателей АШ-62ир, АИ-26В, М-14Б, М-14П и М-14В-26, а Б-95/130 - двигателей АШ-82Т и АШ-82В.

В течение 1988-1992 гг. проведен большой комплекс исследований и испытаний, в результате чего разработан единый бензин Б-92 без нормирования показателя "сортность на богатой смеси", вырабатываемый по ТУ 38.401-58-47-92. Как показали испытания, бензин Б-92 может применяться взамен бензина Б-91/115 в двигателях всех типов. Использование авиабензина Б-92 без нормирования показателя сортности позволяет наряду с обеспечением нормальной работы двигателей на всех режимах значительно расширить ресурсы авиабензинов и снизить содержание в них токсичного тетраэтилсвинца.

В России вырабатывают две марки авиабензинов: Б-91/115 и Б-92. Разработаны технические условия на авиационные бензины марок Б-100/130 и Б-100/130 малоэтилированный - ТУ 38.401-58-197-97. Установленные нормы к качеству указанных бензинов соответствуют требованиям АSТМ D 910 и европейским спецификациям на бензины марок 100 и 100LL. Кроме описанных выше марок авиационных бензинов, которые применяются непосредственно для эксплуатации поршневых двигателей, вырабатывается неэтилированный бензин марки Б-70 (ТУ 38.101913-82). В настоящее время этот бензин используется, в основном, как бензин-растворитель.

Авиационный бензин Б-70 готовят на основе бензина прямой перегонки или рафинатов риформинга с добавлением высокооктановых компонентов.

Характеристики авиационных бензинов

Показатели

Б-95/130

ГОСТ 1012-72

Б-91/115

ГОСТ 1012-72
Б-92

ТУ 38.401-58-47-92

Б-70

ТУ 38. 101913-82

Содержание тетраэтилсвинца, г/1 кг бензина, не более 3,1 2,5 2,0 -
Детонационная стойкость:
октановое число по моторному методу, не менее 95 91 91,5 70
сортность на богатой смеси, не менее 130 115 - -
Удельная теплота сгорания низшая, Дж/кг (ккал/кг), не менее 42947·103

(10250)

42947·103 (10250) 42737·103

(10200)

-
Фракционный состав:
температура начала перегонки, °С, не ниже 40 40 40 40
перегоняется при температуре, °С, не выше:
10% 82 82 82 88
50% 105 105 105 105
90% 145 145 145 145
97,5% 180 180 180 180
остаток, %, не более 1,5 1,5 1,5 1,5
Давление насыщенных паров, Па 33325 - 45422 29326 - 47988 29326 - 47988 47988
Кислотность, мг КОН/100 см3, не более 0,3 0,3 1,0 1,0
Температура начала кристаллизации, °С, не выше -60 -60 -60 -60
Йодное число, г йода/100 г бензина, не более 6,0 2,0 2,0 2,0
Массовая доля ароматических углеводородов, %, не более 35 35 Не нормируется. Определение обязательно. 12 - 20
Содержание фактических смол, мг/100 см3 бензина, не более 4,0 3,0 3,0 2,0
Массовая доля серы, %, не более 0,03 0,03 0,05 0,05
Цвет Желтый Зеленый Зеленый Бесцветный
Массовая доля параоксидифениламина, % 0,002-0,005 0,002-0,005 - -
Период стабильности, ч, не менее 12 12 8 -
Примечания.
  1. Для бензинов всех марок: испытание на медной пластинке - выдерживает;содержание водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды - отсутствие; прозрачность - прозрачный; плотность при 20 °С, кг/м3 - не нормируется, определение обязательно.
  2. Для авиационного бензина марки Б-91/115, получаемого на основе компонента каталитического крекинга, устанавливаются: а) йодное число - 10 г йода/100 г бензина; б) содержание фактических смол не более 4 мг/100 см3 бензина.
  3. Для авиационных бензинов марок Б-95/130 и Б-91/115, выработанных из бакинских нефтей, допускается содержание параоксидифениламина 0,004-0,010%, а на базе бензинов каталитического крекинга не менее 0,004%.
  4. С 1 мая по 1 октября нижний предел давления насыщенных паров авиационных бензинов не служит браковочным признаком, за исключением отгружаемых на длительное хранение.
  5. Для авиационных бензинов, сдаваемых после длительного хранения (более 2 лет), допускаются отклонения при определении фракционного состава по ГОСТ 2177-82 для температуры перегонки 10 и 50% на 2°С и 90% на 1°С. Этилированные авиационные бензины после длительного хранения допускается сдавать с периодом стабильности не менее 2 ч.
  6. Норма по показателю пункта 3 для бензинов с добавлением базового компонента крекинга должна быть не менее 43157·103 (10300) Дж/кг (ккал/кг).
  7. По согласованию с потребителями допускается изготовлять авиационные бензины по показателю "период стабильности" с нормой не менее 8 ч.

В связи с тем, что к авиационным бензинам предъявляются более жесткие требования, чем к автомобильным, в их состав входят компоненты ограниченного числа технологических процессов: прямой перегонки нефти, каталитического риформинга, алкилирования, ароматизации. В состав авиационных бензинов могут также входить продукты изомеризации прямогонных фракций. Продукты вторичных процессов, содержащие олефиновые углеводороды, для получения авиационных бензинов не используются.

Компонентный состав авиационных бензинов зависит в основном от их марки и в меньшей степени, чем для автомобильных бензинов, определяется набором технологических установок на нефтеперерабатывающем заводе.

Базовым компонентом для выработки авиационных бензинов марок Б-92 и Б-91/115 обычно являются бензины каталитического риформинга. В качестве высокооктановых компонентов могут быть использованы алкилбензин, изооктан, изопентан и толуол.

Бензины каталитического риформинга обладают высокой детонационной стойкостью на богатых и бедных смесях. Чем больше суммарное содержание в бензине ароматических углеводородов, тем выше его сортность на богатой смеси.

Для обеспечения требований ГОСТ и ТУ по детонационной стойкости, теплоте сгорания, содержанию ароматических углеводородов к базовым бензинам добавляют изопарафиновые и ароматические компоненты - алкилбензин, изомеризат и толуол.

В целях обеспечения требуемого уровня детонационных свойств к авиационным бензинам добавляют антидетонатор тетраэтилсвинец (от 1,0 до 3,1 г на 1 кг бензина) в виде этиловой жидкости. Для стабилизации этиловой жидкости при хранении авиабензинов добавляется антиокислитель 4-оксидифениламин или Агидол-1.

Как и все этилированные топлива, для безопасности в обращении и маркировки, авиационные бензины должны быть окрашены. Бензины Б-91/115 и Б-92 окрашиваются в зеленый цвет красителями: жирорастворимым зеленым 6Ж или жирорастворимым зеленым антрахиноновым; Б-95/130 - в желтый цвет жирорастворимым желтым К; Б-100/130 - в голубой цвет органическим жирорастворимым ярко-синим антрахиноновым или 1,4-диалкиламино-антрахиноном.

Авиационные бензины

nashaucheba.ru

Конспект лекций по дисциплине «Автомобильные эксплуатационные материалы» - Конспект лекций

Министерство образования Тверской области

ГБОУ СПО Тверской колледж им. А.Н. Коняева

Конспект лекций по дисциплине

«Автомобильные эксплуатационные материалы»

Преподаватель:

Абрамова Н.В.

Тверь

2012

ВВЕДЕНИЕ

Цель и содержание дисциплины, последовательность изло­жения тем, связь с дисциплинами по специальности. Значение дисциплины как одной из специальных дисциплин при подготов­ке техников в области технического обслуживания и ремонта автомобильного транспорта.

Понятие о химмотологии. Основные требования к автомо­бильным топливам и смазочным материалам. Затраты на эксплу­атационные материалы и себестоимость перевозок. Понятия о показателях свойств и показателях качества топлив, масел, смазок и специальных жидкостей. Понятие о паспорте на топ­ливо, смазочные материалы и специальные жидкости.

Расходы на эксплуатацию подвижного состава автомобиль­ного транспорта, а также надёжность его работы существенно зависят от качества и культуры применения эксплуатационных материалов. Следует отметить, что затраты на топливо, мас­ла, смазки составляют до 30% себестоимости перевозок.

Необходимо уяснить, что эффективность использова­ния эксплуатационных материалов может быть достигнута в результате изучения свойств, правил хранения и применения этих материалов. В процессе усвоения дисциплины следует научиться правильно выбирать необходимые марки ав­томобильных топлив, масел и пластичных смазок в зависимости, от условий эксплуатации автомобилей и уметь применять свои знания на практике.

Начиная изучать учебный материал дисциплины, следует ознакомиться с общим содержанием тем, которые преду­сматривают не только знакомство с нефтепродуктами (маслами, смазками, топливами), но и изучение свойств и характеристик автомобильных специальных жидкостей (для гидравлических си­стем и систем охлаждения), а также с конструкционными, лако­красочными и другими ремонтными материалами. Последний раз­дел предлагает изучить токсичность и огнестойкость автомобильных материалов, а также требования техники безопасности при работе с ними. Не следует забывать о мерах защиты окружающей среды и о вредном воздействии эксплуатационных материалов на флору и фауну.

Приобретенные знания помогут учащимся экономно расхо­довать эксплуатационные материалы, строго выполнять меры пре­досторожности при работе с ними и определять качество неко­торых из них простейшими методами в условиях автотранспортных предприятий. Это позволит им на практике обеспечивать безотказность транспортных средств, повышать их долговечность и тем самым сокращать затраты на техническое обслужи­вание и ремонт подвижного состава.

Достижению рационального использования эксплуатационных материалов способствует новая наука, получившая название химмотология.

Следует уяснить суть этой науки, разобрать­ся в трёх- и четырёхзвенной её структуре.

X и м мо т о л о г и я - это теория и практика рацио­нального использования горючего и смазочных материалов в тех­нике. Основной её задачей является повышение эффективности использования топлив и масел.

Название этого нового научного направления образовано сокращением трех слов: химия + мотор + логия, т.е. учение о химии в моторах.

Все проблемы рационального использования топлив и масел в двигателях внутреннего сгорания можно разделить на первич­ные и вторичные:

- первичные, возникающие в процессе создания или со­вершенствования двигателя когда одновременно разрабатыва­ются технические требования к качеству топлива и масел, на которых должен будет эксплуатироваться двигатель;

- вторичные, возникающие в условиях эксплуатации двига­теля, когда по тем или иным причинам появляется необходимость в изменении качества применяемых топлив и масел.

В первом случае химмотологические проблемы рассматри­ваются в основном в трехзвенной система: двигатель - топливо - смазочное масло, а во втором - в четырехзвенной системе: двигатель - топливо - смазочное масло - эксплуатация.

В химмотологии двигатель, топливо и смазочное масло рассматриваются как составные части единой трехзвенной сис­темы, которая для наглядности представлена в виде схемы (рис.1), отражающей качественную взаимосвязь между ее звеньями.

Эта трехзвенная система характеризуется двумя особен­ностями. Во-первых, между ее звеньями существует сложная взаимосвязь. Так, например, если изменить качество топлива или масла только по одному из его показателей, то при этом неизбежно произойдут количественные изменения и в других показателях этого продукта, величина которых будет зависеть от качества перерабатываемого сырья и технологических про­цессов получения, продукта. Побочные изменения в качестве продукта, в свою очередь, могут повлиять на эффективность эксплуатации техники. Во-вторых, при существенном изменении в одном из звеньев, как правило, приходится вносить измене­ния и в другие звенья.

Подтвердим это положение следующим примером. При пере­воде среднеоборотных дизелей с дистиллятного топлива на ос­таточное (более тяжелое по фракционному составу, но более дешевое) столкнулись с закоксовыванием форсунок, повышенным износом цилиндров, компрессионных колец и поршневых канавок, прогаром фасок клапанов и образованием углеродистых отложе­ний в турбокомпрессорах. Чтобы устранить эти недостатки, при­шлось изменить конструкцию форсунок, химический состав металлов, из которых изготовлены цилиндры, поршневые кольца и фаски клапанов, режим работы двигателя, а также применить более высококачественное масло, нейтрализовавшее вредное дей­ствие сернистых соединений, содержащихся в остаточном топ­ливе.

Эти особенности трехзвенной системы показывают, какие серьёзные затруднения стоят на пути решения первичных химмотологических проблем, в частности, когда для двигателя подбираются топливо и масло. При этом проще решаются зада­чи, если двигатель предназначен для работы на существующих сортах топлива и масла, и значительно труднее, если вопрос ставится об использовании новых сортов этих продуктов. В по­следнем случае качество нефтепродуктов обычно рассматрива­ется как одно из средств улучшения конструкции, повышения надежности, долговечности и экономичности работы двигателя, т.е. получения более совершенного образца техники. Разуме­ется, что при этом учитывается и вопросы, имеющие отношение к производству и экономии топлив и масел. Однако в целом первичные химмотологические проблемы носят преимущественно технический характер, так как подчинены в первую очередь совершенствованию образцов техники,

В четырёхзвенной химмотологической системе существует ещё более сложная связь между звеньями, обусловленная дей­ствием многочисленных факторов, представленная для нагляд­ности в виде схемы (рис.. 2).

В полном виде эта схема применима для поршневых дви­гателей, для других видов техники она чаще всего использу­ется в сокращенных вариантах в соответствии со спецификой данного образца техники.

Так, например, для реактивных двигателей, у которых топливо и масло не контактируют между собой, на схеме не нужны связи (на рисунке показаны стрелками) 2-3 и 3-2; для механизмов, работающих вне контакта с топливом, использует­ся только часть данной схемы, т.е. двухзвенная система: ме­ханизм - смазочный материал (1-3) или трехзвенная система: механизм - смазочный материал - эксплуатация (1-3-4).

Эффективность использования топлив и смазочных масел в эксплуатации зависит от успешного решения как первичных, так и вторичных химмотологических проблем.

Вторичные химмотологические проблемы в большинстве слу­чаев проявляются при эксплуатации тогда, когда возникает не­обходимость внести те или иные изменения в качество приме­няемых топлив и масел, что может быть вызвано разными причинами, важнейшими из которых являются:

1.Экономические - в целях снижения стоимости нефтепро­дукта, повышения экономической эффективности его использова­ния в технике и уменьшения эксплуатационных затрат при его применении, хранении, транспортировании, перекачке и заправ­ках машин.

2.Технические - в целях повышения надежности работы и долговечности техники.

3. Энергетические - в целях снижения расхода продукте.

4. Экологические - в целях снижения токсичности продук­та и уменьшения загрязнения окружающей среды.

5. Международные - в целях приведения качества продук­та в соответствие с международными требованиями.

Итак, химмотология изучает топлива и смазочные матери­алы во взаимосвязи с их производством, техникой, для которой они предназначены, и условиями эксплуатации.

К основным задачам в области химмотологии относятся:

- разработка оптимальных требований к качеству горюче­го и смазочных материалов;

- разработка и внедрение в эксплуатацию новых сортов горючего и смазочных материалов;

- классификация топлив, масел и смазок;

- проведение унификации горючего и смазочных материа­лов;

- разработка норм расхода горючего и смазочных матери­алов;

- разработка мероприятий по сохранению качества и сни­жению потерь топлив, масел, смазок и специальных жидкостей при хранении, перекачках, транспортировании, применении;

- разработка квалифицированных методов оценки эксплуа­тационных свойств и методов контроля качества топлив, масел, смазок и жидкостей;

- разработка ускоренных эксплуатационных испытаний го­рючего и смазочных материалов;

- изучение процессов изменения горючего, смазочных ма­териалов, а также обобщение опыта эксплуатации и установле­ние закономерностей, связывающих качество топлив и смазоч­ных материалов с надежностью, долговечностью и экономичнос­тью работы двигателей и механизмов;

- решение экологических задач, направленных на сниже­ние загрязнения окружающей среды.

Топлива, масла, пластичные смазки, являющиеся продук­тами переработки нефти, имеют определенный элементный и групповой состав, определяющий их физические и химические свойства. Кроме того, в зависимости от условий работы уз­лов и агрегатов автомобиля, где применяются эксплуатацион­ные материалы, к последним предъявляются специфические тре­бования, соответствие которым обеспечивает безотказную ра­боту этих узлов и агрегатов.

Каждое требование определяется одним или несколькими показателями, величины которых нормированы соответствующи­ми ГОСТ и техническими условиями (ТУ). При конкретном из­учении бензинов, дизельных топлив, масел, пластичных сма­зок следует рассмотреть сущность основных показателей по каждому виду эксплуатационных материалов. Напри­мер, важнейшими требованиями, предъявляемыми к бензинам, яв­ляются испаряемость и детонационная стойкость. В соответст­вии с ГОСТ на бензин они определяются следующими показателями: температурные параметры фракционного состава, давление насыщенных паров и октановое число. Для масла одним из основных требований является прокачиваемость масла к узлам, что определяется показателем "вязкость". Другое требование - минимальное изменение вязкости с изменением температурных условий - характеризуется индексом вязкости и т.д.

С целью контроля качества каждой партии нефтепродуктов выдается паспорт. Это документ, где для данного продукта приводятся конкретные значения показателей, определенных со­ответствующим ГОСТ.

Основными ГОСТ и ТУ с которыми следует ознакомиться, являются:

ГОСТ 2084-77, ТУ 30.001.165-87 «Автомобильные бензины».

ГОСТ Р1105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сго­рания. Неэтилированный бензин».

ГОСТ 305-82 «Дизельные топлива».

ГОСТ 8581-78 «Масла для автотракторных дизелей».

ГОСТ 10541-78 «Масла для карбюраторных двигателей».

ГОСТ 17479.2-85 «Трансмиссионные масла».

Показатели качества определены конкретным ГОСТ и для каждого вида пластичной смазки.

Далее следует освоить оценку показателей ка­чества нефтепродукта в соответствии с техническими требова­ниями ГОСТ. Учащийся должен уметь отбраковать нефтепродукт (мас­ло, смазку, топливо и т.д.) по отклонениям показателей пас­порта от значений ГОСТ; пояснить, как эти отклонения ска­жутся на работоспособности деталей узлов (агрегатов), где он применяется; иметь представление о доведении нестандарт­ных показателей до норм ГОСТ.

Для закрепления этого материала необходимо дать ответ на соответствующий вопрос контрольной работы.

Тема 1. Химический состав топливно-смазочных материалов.

Производство нефтяного топлива.

Энергетической установкой, приводящей в движение транс­портное средство, является двигатель внутреннего сгорания. Следует вспомнить, что до настоящего времени источ­ником энергии для него служит жидкое и газообразное топливо. Основными видами жидкого топлива являются бензины и дизельные топлива.

Согласно общим требованиям, предъявляемым к топливам

любого вида, топливо должно:

своевременно и полностью сгорать в цилиндрах двигателя и образовывать минимальное количество токсичных веществ в отработавших газах;

сгорать с наименьшим количеством нагара в камере сго­рания и не вызывать отложений во внутренней системе двигате­ля;

обладать противоизносными и антикоррозионными свойства­ми;

обеспечивать быстрый и надежный пуск двигателя при различных температурах окружающего воздуха.

Общность физико-химических свойств и структуры топлив, как и предъявляемых к ним требований, определяется общим ис­ходным сырьем, из которого они получаются.

Изучение раздела необходимо начать с рассмотрения эле­ментного и группового состава нефти. В нефть в виде соедине­ний входят: углерод (83-87%), водород (12-14%), сера (3-45%), азот (0,001-1,8-5, кислород (0,5-1,0%).

Особенно глубоко следует изучить групповой химический состав топливо-смазочных материалов, т.е. предельные (насы­щенные) углеводороды, к которым относятся парафиновый, наф­теновый и ароматический ряды, и непредельные углеводороды, а также физические свойства предельных углеводородов.

Надо ознакомиться с их структурными формулами, обратить внимание на их свойства, т.к. количественное присутствие тех или иных групп углеводородов в топливах (карбюраторных, ди­зельных) и смазочных материалах оказывает влияние на их экс­плуатационные свойства.

Знание химического состава нефти облегчит усвоение последующего материала по конкретным топливам, маслам и смазкам.

Далее следует ознакомиться с соединениями, в молекулы которых входят сера и кислород, рассмотреть условия образо­вания смолисто-асфальтовых веществ, их классификацию, воз­действие на детали механизмов и систем двигателя. Не менее важно представлять их влияние на эксплуатационные показатели топливосмазочных материалов, знать, что свободная сера и сернистые соединения, вызывая коррозию металлов, оказыва­ют воздействие на металлы деталей механизмов и систем двигателя.

Надо остановиться на вопросах очистки или ограничения содержания в топливосмазочных материалах вредных примесей.

Изучая способы получения автомобильных нефтяных топлив, обратите внимание на технологию процессов переработки нефти. Первоначально нефть подвергается прямой перегонке, сущность которой заключается в нагревании нефти до заданной температу­ры с последующим охлаждением образующихся паров до жидкого состояния и разделением их на отдельные фракции.

С целью увеличения выхода светлых нефтепродуктов и повы­шения их качества применяется деструктивная переработка неф­тяного сырья.

Типичным процессом деструктивной переработки является крекинг-процесс. Сущность его заключается в том, что крупные молекулы углеводородов, кипящие при высокой температуре, составляющие перерабатываемое сырье, под действием темпера­туры и давления расщепляются на несколько легких молекул, ки­пящих при более низкой температуре, которые и составляют ав­томобильные топлива.

Из разновидностей крекинг-процессов самое главное вни­мание должно быть уделено каталитическому крекингу как наибо­лее передовому методу переработки нефтяного сырья.

Качество прямогонных бензинов (особенно полученных из сернистой нефти) улучшается при их последующем каталитичес­ком риформинге, являющемся одним из основных процессов совре­менного нефтеперерабатывающего завода.

Автомобильные нефтяные топлива, полученные одним из ука­занных способов, должны быть очищены от органических (нафте­новых) кислот, непредельных углеводородов, смолисто-асфальто­вых веществ, сернистых соединений, а также подвергнуты стаби­лизации для повышения их химической и физической стабильности во время транспортирования, хранения и применения.

Товарное топливо, т.е. то, которое поступает на рынок, представляет собой смесь из фракций, полученных различными способами переработки нефти. Качество его доводится до норм стандарта с помощью различных присадок, улучшающих те или иные свойства топлива.

В последнее время в связи с ограниченностью запасов нефти и остро вставшими вопросами защиты окружающей среды от канцерогенных продуктов сгорания топлива всё более широ­кое применение находят альтернативные топлива: природный газ, нефтяной углеводородный газ, спирты, синтетическое то­пливо, водород и другие. Заметное влияние на общий баланс потребления альтернативных топлив оказывает лишь сжатый природный газ, применяемый в первую очередь на грузовых авто­мобилях. Основными же видами топлива для автотранспорта тра­диционно остаются бензины и дизельные топлива.

Тема 2. Автомобильные бензины

Данная тема является одной из важнейших, ибо надежность и экономичность работы двигателей, в различных эксплуатаци­онных условиях, их долговечность во многом зависит от ка­чества применяемого бензина.

Следует твердо знать эксплуатационные требования к качеству бензинов: определенная испаряемость и детонационная стойкость, необходимая физическая и химическая стабильность, минимальное коррозионное воздействие на металлы, отсутствие механических примесей и воды. Надо знать показатели физических свойств бензинов: плотность, теплотворную способность, испаряемость. Особое внимание надо уделить последнему пока­зателю. Студент должен знать, что испаряемость определяет надежность поступления топлива из бака в карбюратор, ско­рость образования и качество топливовоздушной смеси, а этим определяется легкость пуска двигателя, быстрота прогрева и полнота сгорания бензина после прогрева двигателя, возможность образования паровых пробок в топливной системе. Испа­ряемость бензина определяется фракционным составом. При из­учении фракционного состава необходимо обратить внимании на его характерные точки: температуры начала и конца разгонки, температуры перегонки 10%, 50%, 90% объёма бензина. Далее надо разобраться в сути эксплуатационной оценки бензинов по фракционному составу с использованием специальных номограмм. По этим номограммам надо знать, что означают области темпе­ратур, при которых выгоняется 10%, 50%, 90% бензина, и уметь практически определять для данного бензина различные темпе­ратурные зоны работы двигателя (зона легкого запуска, затрудненного запуска и т.д.).

Чтобы точно оценить особо легкие фракции, наиболее опа­сные с точки зрения образования паровых пробок в топливопро­водах, в ГОСТ на бензины введен дополнительный показатель испаряемости - давление насыщенных паров. По этому показате­лю судят о пусковых качествах бензина и склонности его к об­разованию паровоздушных пробок в системе питания двигателей: чем выше давление насыщенных паров, тем лучше пусковые каче­ства бензина и больше вероятность образования паровоздушных пробок во время работы двигателя. С повышением давления на­сыщенных паров бензина увеличиваются потери от испарения его при хранении на складах и в топливных баках.

Далее следует провести оценку качества бензинов по показателям их химических свойств: детонационной стойкости, химической стабильности, коррозионности.

Надо иметь в виду, что развиваемая двигателем мощность зависит от скорости, начала, конца и полноты сгорания рабо­чий смеси. Надо изучить условия нормального и аномального (детонационного и калильного) сгорания.

Учащийся должен четко представлять сущность детонацион­ного сгорания топлива. Надо хорошо разобраться в причинах, вызывающих детонацию; знать, какие изменения происходят в работе двигателя, как они влияют на его тягово-мощностные показатели, а также иметь представление о способах устране­ния детонационного режима.

Надо разобраться, каким показателем и как оценивается детонационная стойкость бензина, как присваивается каждому бензину значение этого показателя, какие методы при этом используются и как можно повысить показатель детонационной стойкости бензина.

Изучая вопрос о химической стабильности бензинов на­до разобраться в её сущности, методах оценки. Уяснить, что характеризует показатели: "индукционный период", "содержа­ние фактических смол", "кислотность". Надо знать условия повышения коррозионной активности бензинов по присутствию в них минеральных и органических кислот, серы и сернистых соединений, уметь дать оценку этой активности.

Следует обратить внимание на тот факт, что для большинства высокофорсированных двигателей с высокими степенями сжатия требуется этилированный бензин, содержащий в ан­тидетонационных присадках тетраэтилсвинец. Свинец и его со­единения пагубно действуют на органы и ткани человека, нарушают обменные процессы и нервную систему. В комплексе с другими вредными веществами, входящими в состав отработав­ших газов, они загрязняют и отравляют нашу флору и фауну. В целях защиты последних этилированное топливо постепенно выходит из употребления. Следует ознакомиться с группой новых неэтилированных бензинов, определенных ГОСТ Р1105-97 "Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин".

Необходимо ознакомиться с действующими ГОСТ 2084-77 и

ТУ 38.001.165 87 на автомобильные бензины и вни­мательно разобраться в значениях показателей, чтобы сравнивая конкретные значения паспорта и ГОСТ, уметь объяснить как отклонения в показателях повлияют на работу двигателя в различных эксплуатационных условиях.

gigabaza.ru


Смотрите также