Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 [ 7 ] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

теля впрыскивается топливо, образуя рабочую смесь, которая нагревается до температуры самовоспламенения и воспламеняется.

Впрыскиваемое топливо распыляется форсункой, которая помещается в камере сгорания или в фор-камере. Средний диаметр капель топлива составляет примерно 10 15 мкм.

По сравнению с карбюраторными двигателями дизельные двигатели отличаются высокой экономичностью, так как работают с более высокими степенями сжатия (12 20 вместо 4 10) и коэффициентом избытка воздуха а = 1,4 ... 1,5. Вследствие этого удельный расход топлива у них на 25 30 % ниже, чем у карбюраторных двигателей.

Дизельные двигатели более надежны в эксплуатации и более долговечны, они обладают лучшей приемистостью, т. е. легче набирают обороты и преодолевают перегрузки. В то же время, дизели отличаются большей сложностью в изготовлении, большими габаритами и меньшей мощностью на единицу веса. Но, исходя из более экономичной и надежной работы, дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями.

Для обеспечения долговечной и экономичной работы дизельного двигателя дизельное топливо должно отвечать следующим требованиям:

- иметь хорошее смесеобразование и воспламеняемость;

- обладать соответствующей вязкостью;

- иметь хорошую прокачиваемость при различных температурах окружающего воздуха;

- не содержать сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды.

Свойство дизельного топлива, характеризующее мягкую или жесткую работу дизеля, оценивают по его самовоспламеняемости. Эту характеристику определяют путем сравнения дизеля на испытуемом и эталонном топливе. Оценочным показателем служит цетановое число топлива.

Топливо, поступающее в цилиндры дизеля, воспламеняется не мгновенно, а через некоторый промежуток времени, который называется периодом задержки самовоспламенения. Чем он меньше, тем за меньший промежуток времени топливо сгорает в цилиндрах дизеля. Давление газов нарастает плавно, и двигатель работает мягко (без резких стуков). При большом периоде задержки самовоспламенения топливо сгорает за короткий промежуток времени, давление газов нарастает почти мгновенно, поэтому дизель работает жестко (со стуком). Чем выше цетановое число, тем меньше период задержки самовоспламенения дизельного топлива, тем мягче работает двигатель.

Самовоспламеняемость дизельного топлива оценивается обычно путем сравнения ее с самовоспламеняемостью эталоннхх топлив. В качестве эталоннгх топлив используется нормальный парафиновый углеводород цетан (С16Н34), имеющий малый период задержки самовоспламенения (самовоспламеняемость цетана условно принята за 100) и ароматический углеводород а-метилнафталин С10Н7СН3, который имеет большой период задержки самовоспламенения (самовоспламеняемость его условно принята за 0).

Цетановое число топлива численно равно процентному содержанию цетана в его смеси с а-метилнафталином, которая по характеру сгорания (по самовоспламеняемости) равноценна испытуемому топливу. Используя эталонные топлива, можно получать смеси с любыми цетановыми числами от 0 до 100.

Цетановое число можно определить тремя способами: по совпадению вспышек, по запаздыванию самовоспламенения и по критической степени сжатия. Цетановое число дизельных топлив обычно определяют по методу "совпадения вспышек" на установках ИТ9-3, ИТ9-ЗМ или ИТД-69 (ГОСТ 3122-67). Это одноцилиндровые четырехтактные двигатели, оборудованные для работы с воспламенением от сжатия. Двигатели имеют переменную степень сжатия s = 7 23. Угол опережения впрыска топлива устанавливается равным 13° до верхней мертвой точки (В. М. Т). Изменением степени сжатия добиваются, чтобы воспламенение происходило строго в В.М.Т. При определении цетанового числа дизельнхх топлив частота вращения вала одноцилиндрового двигателя должна быть строго постоянной (п = 900 ± 10 об/мин).

После этого подбирают два образца эталоннхх топлив, один из которхх дает совпадение вспышек (т. е. задержку самовоспламенения, равную 13°) при меньшей степени сжатия, а второй - при более высокой степени сжатия.

Путем интерполяции находят смесь цетана с а - метилнафталином, эквивалентную испытываемому топливу, и таким образом устанавливается его цетановое число.

Цетан и а-метилнафталин довольно дороги, поэтому в качестве вторичных топлив используются парафинистый газойль с ЦЧ = 55 и зеленое масло с ЦЧ = 20. Вторичные эталонные топлива тарируются по первичным.

Цетановое число топлив зависит от их улеводородного состава. Наиболее высокими цетанововыми числами обладают парафиновые углеводороды нормального строения. Самые низкие цетановые числа у ароматических углеводородов.

Оптимальным цетановым числом дизельных топлив является 40 - 50. Применение топлив с ЦЧ < 40 приводит к жесткой работе двигателя, а ЦЧ > 50 - к увеличению удельного расхода топлива за счет уменьшения полноты сгорания. Летом можно успешно применять топлива с ЦЧ равным 40, а зимой для обеспечения холодного пуска двигателя требуется ЦЧ > 45.

Применение дизельного топлива с цетановым числом менее 40 ед. приведет к увеличению периода задержки самовоспламенения и возникновению жесткой работы, а выше 50 ед. - нецелесообразно, так как при этом возрастает расход топлива из-за уменьшения полноты его сгорания, повышается дымность отработавших газов.

Для повышения цетанового числа дизельного топлива к нему добавляют специальные высокоце-тановые присадки: синтин (продукт синтеза окиси углерода и водорода), перекис углеводородов, нитросоединения. Однако они широкого распространения не получили из-за невысокой стабильности при хранении, и большой взрывоопастности.

На сгорание дизельного топлива значительное влияние оказывают конструктивные и эксплутацион-ные факторы. Положительно влияет повышение степени сжатия е , а следовательно, температуры и давления воздуха, при этом улучшается процесс сгорания, двигатель работает более мягко.

Увеличение угла опережения впрыска топлива отрицательно сказывается на самовоспламенении, ибо топливо впрыскивается в менее сжатую и нагретую среду и работа двигателя становится более жесткой, а также из-за преждевременного сгорания большей части топлива значительное давление развивается до прихода поршня в ВМТ, что вызывает потерю мощности.

Конструкция камеры сгорания должна обеспечивать интенсивное вихреобразование при сжатии воздуха, что уменьшает время нагрева топлива. В качестве материала для поршней лучше использовать не алюминий, а чугун, так как он обладает меньшей теплопроводностью, следовательно, при поршнях из чугуна более интенсивно будут нагреваться воздух и топливо, что способствует уменьшению времени сгорания топлива.

Оценивают качество дизельного топлива по фракционному составу, который определяют так же как и бензина, и еще по температуре вспышки.

Вязкость и плотность определяют процессы испарения и смесеобразования в дизеле. Низкая плотность и вязкость обеспечивают лучшее распыливание топлива, что улучшает сгорание. С повышением плотности и вязкости увеличивается диаметр капель, ухудшается полное их сгорание, увеличивается удельный расход топлива, растет дымность продуктов сгорания. Слишком низкая вязкость топлива ведет к повышенному износу плунжерных пар форсунок, слишком высокая же вязкость ухудшает фильтрацию топлива и затрудняет работу топливных насосов.

Вязкость топлива зависит от его углеводородного состава. Стандартом на дизельное топливо вязкость нормируется в достаточно широких пределах. Вязкость топлива в пределах 1,8 . 7,0 мм /с практически не влияет на износ плунжеров топливной аппаратуры современных быстроходных двигателей.

Низкотемпературные свойства характеризуются такими показателями, как температура застывания ,заст и помутнения ,п, предельная температура фильтрации ,пр. ф.

Температура застывания характеризует потерю текучести (подвижности) топлива с понижением температуры из-за увеличения вязкости и выделения кристаллов парафинов. При достижении ,заст невозможна подача топлива в цилиндры двигателя.

Температура помутнения - это температура, при охлаждении, до которой топливо начинает мутнеть вследствие образования микрокристаллов парафинов. Надежная подача топлива обеспечивается при температуре окружающей среды на 3 5 °С выше его температуры помутнения.

Наинизшая температура, при которой еще возможно протекание топлива через топливный фильтр тонкой очистки, называется предельной температурой фильтрации.

Степень чистоты дизельных топлив. Чистоту топлива оценивают коэффициентом фильтруемости. Пыль, песок, окалина определяют эффективность и надежность работы двигателя и его топливной аппаратуры. Частицы загрязнений размером > 4,0 мкм вызывают повышенный износ деталей топливной аппаратуры.

Температура помутнения топлива зависит от содержания в нем воды. Кристаллы льда, образующиеся при отрицательных температурах, задерживаются фильтром (повышается коэффициент фильт-руемости). Фильтры и калибровочные отверстия форсунки забиваются, нарушается подача топлива. Коэффициент фильтруемости дизельнхх топлив, отправляемых с предприятий, находится в пределах 1,5 -2,5.

Температура вспышки характеризует пожарную опасность топлива при его транспортировке и хранении. Согласно ГОСТ 305-82 нефтеперерабатывающие предприятия выпускают топлива с температурой вспышки не ниже 40 °С - для дизелей общего назначения и не ниже 62 °С - для тепловозных и судовых дизелей. Низкая температура вспышки указывает на наличие легких компонентов, присутствие которых может быть опасно также и при работе двигателей. Поднять температуру вспышки дизельного топлива можно, повысив температуру начала кипения, а, следовательно, снизив отбор топлива от нефти.

Содержание серы, водорастворимых кислот, щелочей, непредельных углеводородов. Все эти соединения вредно отражаются на долговечности дизелей, приводят к повышенной коррозии и износу, нага-рообразованию.

Соединения серы образуют при сгорании SO2 и SO3, что повышает точку росы водяного пара, усиливая этим процесс образования H2SO4. Допустимое содержание серы регламентируется стандартами на дизельное топливо и не должно превышать 0,2 0,5 %.

При сгорании топлив, содержащих непредельные углеводороды, вследствие окисления в цилиндре двигателя образуются смолистые вещества, приводящие к нагарообразованию. Содержание фактических смол не должно превышать 40 мг на 100 мл топлива.

Стандартами предусмотрена предельная кислотность дизельных топлив. Она не должна превышать 5 мг на 100 мл дизельных топлив. Не допускается наличие минеральных (водорастворимых) кислот и щелочей, которые могут остаться в топливе в результате недостаточной промывки и отстоя топлива после его очистки.

Марки дизельного топлива. На сегодняшний день согласно техническим условиям выпускается дизельное топливо трех марок, взамен восьми выпускаемых ранее.

В зависимости от условий применения утверждены следующие марки дизельного топлива: Л -летнее предназначенное для применения от 0 °С и выше, З - зимнее применяемое от -20 °С до 0 °С, и А - арктическое применяемое от -50 °С до -20 °С.

Принято следующее условное обозначение дизельного топлива. Например: Л-0,2-40 - здесь Л -летнее, 0,2 - содержание серы 0,2 %, 40 - температура вспышки °С; 3-0,2-35 - здесь З - зимнее, 0,2 - содержание серы 0,2 %, 35 - температура застывания -35 °С; у арктического топлива отражается только содержание серы А-0,4 - А - арктическое, 0,4 - содержание серы в %. Основные показатели дизельных топлив приведены в табл. 8.

8 Основные показатели дизельных топлив