Показатели физико-химических свойств дизельного топлива, характеризующие его эксплуатационные качества

Показатели физико-химических свойств дизельного топлива, характеризующие его эксплуатационные качества

Свойства дизельных топлив, влияющие на безотказность работы двигателя, мощность и расход топлива

Это прежде всего свойства, характеризующие надежность подачи дизельного топлива в цилиндры двигателя, качество горючей смеси, склонность к самовоспламеняемости, а также свойства, определяющие протекание процесса сгорания смеси.

Вязкость дизельного топлива, равно как и других жидкостей, характеризует его подвижность, величину внутреннего трения, взаимную силу сцепления молекул. Она может быть выражена в единицах динамической и кинематической вязкости. При этом всегда, кроме численного значения и системы единиц, указывается температура жидкости в момент определения вязкости. Для дизельного топлива указывается кинематическая вязкость.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Динамическая вязкость измеряется величиной силы внутреннего трения.

Динамическую вязкость в 1П имеет такая жидкость, у которой между двумя бесконечно тонкими слоями площадью 1 см, находящимися друг от друга на расстоянии 1 см и перемещающимися с относительной скоростью 1 см/с, возникает сила, равная 1 дине.

От вязкости топлива зависит качество его распыла в цилиндре Дизельного двигателя, дальнобойность струи, четкость начала и конца подачи топлива форсункой. Высокая вязкость топлива приводит к затруднениям при фильтрации, к перебоям подачи топлива насосом, ухудшению распиливания и неполному сгоранию.

Крупные частицы топлива не успевают испариться, поэтому сгорание протекает плохо с образованием большого количества нагара дымного выпуска.

Отрицательно сказывается на работе двигателя и топливо со слишком малой вязкостью.

В этом случае нарушается дозировка топлива вследствие его просачивания между плунжером и гильвой насоса высокого давления. Происходит также подтекание топлива через распиливающие отверстия форсунок, и как следствие закоксовывание их. Кроме того, при слишком малой вязкости топлива дальнобойность его струи оказывается недостаточной вследствие чрезмерного распыливания. Поэтому топливо в основном сосредоточивается и сгорает вокруг форсунки вместо равномерного распределения по всей камере сгорания. Недостаточная вязкость приводит к неоднородности рабочей смеси, ухудшению процесса сгорания и перегреву форсунок. Вязкость дизельного топлива и регламентируется как максимальная, так и минимальная. Чем ниже температура, при которой предполагается использовать топливо, тем меньше должна быть вязкость. И Подача к цилиндрам двигателя дизельного топлива при определенных условиях может быть прекращена и без потери текучести. Это может произойти вследствие закупоривания фильтрующих элементов образовавшимися в топливе микрокристаллами парафина или льда. Такая неисправность наиболее вероятна при пуске холодных двигателей, когда подкапотный воздух еще не прогрелся.

Склонность дизельного топлива к образованию микрокристаллов парафина, церезина (высокоплавкие углеводороды) и льда характеризуется температурой помутнения.

Температура помутнения дизельного топлива — это та температура, при охлаждении до которой оно теряет свою прозрачность вследствие выделившихся Микрокристаллов парафина, церезина или льда.

Застывание топлива наступает при дальнейшем понижении температуры на 5—15 °С после его помутнения. При этом из жидкой фазы топлива выпадают твердые парафины и церезины, образуя пространственную кристаллическую решетку, вследствие чего топливо теряет подвижность.

Застывание топлива практически означает невозможность его использования при данной температуре не только для питания двигателя, но и для перекачивания из одного резервуара в другой. Потеря подвижности дизельного топлива характеризуется температурой застывания.

Она зависит от состава топлива и от содержания в нем парафиновых углеводородов с большой молекулярной массой.

Температурой застывания называется температура, при которой Дизельное топливо загустевает настолько, что уровень его остается неподвижным в течение 1 мин при наклоне стандартной пробирки с топливом на 45°.

Температура застывания является важнейшим показателем дизельного топлива и определяет возможность его использования при Данной температуре воздуха. Температура застывания установлена, например, для топлив: ДЛ — минус 10°, ДЗ — минус 45° С и ДА — минус 130е С. Минимальная температура воздуха должна быть на 10—; 15° С выше температуры застывания топлива.

Вода в дизельном топливе может послужить причиной нарушения его подачи в цилиндры двигателя при низкой температуре. При плюсовых температурах вода с топливом образует эмульсию, разрушающую фильтрующие элементы фильтров тонкой очистки, а при отрицательной температуре она превращается в кристаллы льда, которые закупоривают топливные фильтры.

Присутствие воды в дизельном топливе нежелательно, особенно в зимнее время.

Определение воды в дизельном топливе может быть качественным и количественным. Качественное определение заключается в охлаждении топлива до —5 °С и проверке его на помутнение вследствие выделения кристаллов льда.

ГОСТами на дизельное топливо для автомобилей не допускается присутствие в нем воды.

Механические примеси могут попасть в дизельное топливо при небрежном его хранении, транспортировании и заправке автомобилей. При этом наиболее опасны механические примеси в виде песка и глинозема, так как, попадая на стенки трущихся деталей, они образуют на них риски, царапины и подвергают ускоренному износу. Самым чувствительным к воздействию механических примесей узлом является плунжерная пара насоса высокого давления, у которой зазор между плунжером и гильзой 0,002—0,003 мм (в 10—15 раз меньше толщины человеческого волоса). Большой вред механические примеси могут нанести и форсунке, вызывая засорение ее сопел (имеющих диаметр сотые доли миллиметра), из-за чего может произойти прекращение подачп топлива и даже обрыв форсунки.

Механические примеси засоряют также топливные фильтры, в результате чего затрудняется подача топлива.

Применение дизельного топлива, загрязненного механическими примесями, вызывает необходимость в частом обслуживании, ремонте и замене агрегатов топливной аппаратуры (фильтров, насосов низкого и высокого давления, насосов-форсунок и форсунок).

Чтобы избежать вредных последствий от влияния механических примесей, необходимо соблюдать меры, исключающие возможность засорения дизельного топлива, а также производить его отстой перед заправкой автомобилей.

Стандартами на дизельное топливо механические примеси в нем не допускаются.

Фракционный состав характеризует испаряемость дизельного топлива. У дизельных двигателей смесеобразование происходит за 20— 40° поворота коленчатого вала и составляет всего лишь 0,001-— 0,004 с, т. е. примерно в 10—15 раз меньше, чем у карбюраторных двигателей. Несмотря на то, что температура воздуха в цилиндрах работающего двигателя в начале впрыска достаточно высокая и равна примерно 550—650 °С (при давлении 30—40 кгс/см2, при таком ограниченном времени однородная качественная рабочая смесь может быть получена только при достаточно хорошем распиливании и испаряемости топлива.

Применение дизельного топлива с утяжеленным фракционным составом вследствие плохой его испаряемости приводит к несвоевременному воспламенению и плохому сгоранию, дымному выпуску, смыванию масла со стенок цилиндров, повышенному износу, увеличению отложений, ухудшению топливной экономичности.

Однако нельзя применять дизельное топливо со слишком облегченным фракционным составом, которое состояло бы из углеводородов, плохо самовоспламеняющихся, затрудняющих пуск двигателя, создающих жесткую работу двигателя. Поэтому дизельное топливо должно иметь вполне определенный фракционный состав.

Самовоенламеняемоетью называется способность дизельного топлива воспламеняться без источника зажигания. Самовоспламеняемость топлива оценивается цетановым числом и от нее зависит протекание процесса сгорания топлива в цилиндрах двигателя. Для нормальной работы двигателя необходимо, чтобы топливо самовоспламенялось в определенный момент и в дальнейшем энергично сгорало, вызывая интенсивное, по достаточно плавное нарастание давления, не превышающее 4—6 кгс/см2 на один градус поворота коленчатого вала.

В этом случае будет так называемая мягкая работа двигателя, т. е не будет перегрузки его деталей, будет развиваться максимальная мощность и обеспечиваться необходимая топливная экономичность.

Если же топливо самовоспламеняется несвоевременно, а с запаздыванием, то это приводит к жесткой работе двигателя, напоминающей работу карбюраторного двигателя с детонацией. При жесткой работе дизельного двигателя его детали работают с перегрузкой, что приводит к ускоренному их износу и даже поломкам, перерасходу топлива, дымному выпуску и снижению мощности.

При мягкой работе двигателя к началу самовоспламенения в цилиндре находится меньше топлива, чем при жесткой работе. Поэтому нарастание давления после воспламенения будет значительно более резким при большей задержке воспламенения, что и вызывает работу двигателя со стуками. Несмотря на более высокое максимальное давление, при жесткой работе двигателя мощность не увеличивается, гак как индикаторное давление при этом снижается по сравнению с нормальной (мягкой) работой двигателя в первый период самовоспламенения (в конце такта сжатия) и на большей части такта расширения (рабочего хода).

Таким образом, продолжительность периода задержки воспламенения существенно влияет на работу двигателя. При одинаковых двигателях п одинаковых условиях их работы период задержки воспламенения, а следовательно, мягкая или жесткая их работа зависят от самовоспламеняемости топлива, количественно оцениваемой цетановым число м. Цетаповое число дизельного топлива определяют методом сравнения работы стандартного одноцилиндрового двигателя на испытуемом топливе и эталонных смесях.

Эталонную смесь составляют из двух углеводородов, один из которых легко воспламеняется, а второй плохо. В качестве легко воспламеняющегося компонента берут цетан (С16 Н34), являющийся представителем парафиновых углеводородов; его цетановое число принимают за 100. В качестве трудновоспламеняющегося компонента берут а-метилпафталин (С10Н; СН3), являющийся представителем ароматических углеводородов; цетановоо число ос-метилнафта-лина принимают за 0.

Рис. 1. Развернутая индикаторная диаграмма четырехтактного дизельного двигателя

Цетановым числом топлива называется показатель его самовоспламеняемости, численно равный процентному (по объему) содержанию цетана в такой его смеси с а-метилнафталином, которая равноценна данному топливу по самовоспламеняемости при испытании в стандартном двигателе.

При работе на испытуемом топливе с углом опережения впрыска 13° подбирается такая степень сжатия, при которой топливо воспламеняется, когда поршень находится в в. м. т. Это фиксируется вспышкой неоновой лампы. Затем при тех же степени сжатия и угле опережения впрыска подбирают эталонное топливо, которое также воспламеняется при положении поршня в в. м. т.

Цетановые числа дизельных топлив зависят от их углеводородного состава, структуры и молекулярной массы. Наиболее высокие цетановые числа у парафиновых углеводородов, более низкие у нафтеновых и самые низкие у ароматических. Однако парафиновые, особенно высокомолекулярные, углеводороды обладают высокими температурами помутнения и застывания, что ограничивает их содержание в дизельном топливе.

Нафтеновые углеводороды являются хорошим компонентом дизельных топлив; они имеют удовлетворительные цетановые числа и температуры застывания. Изомерные углеводороды имеют более низкое цетановое число, чем соответствующие им углеводороды того же ряда нормальной структуры.

Из-за недостаточного цетанового числа в дизельном топливе допускается лишь небольшое количество углеводородов ароматического ряда, хотя они и имеют низкую температуру застывания.

С облегчением фракционного состава дизельных топлив прямой перегонки, как правило, снижаются цетановые числа и, следовательно, ухудшается их самовоспламеняемость.

Дизельным топливом прямой перегонки по эксплуатационным качествам уступают топлива каталитического крекинга и еще в большей мере термического крекинга.

От величины цетанового числа зависят пусковые свойства дизельного топлива. При одинаковом фракционном составе у топлива с более высоким цетановым числом лучшая самовоспламеняемость и двигатель на нем легче пускается. Для облегчения пуска в зимнее время в воздушный патрубок дизельного двигателя вводят пять—восемь капель серного эфира, обладающего высокой самовоспламеняемостью и испаряемостью.

Цетановое число дизельного топлива может быть повышено с помощью высокоцетановых компонентов или специальных присадок. В качестве присадки допускается добавка изопропилнитрата в количестве не более 1%. Однако для современных автомобильных дизельных двигателей нецелесообразно применение топлива с цета-новыми числами, превышающими 50 ед., так как это экономически не оправдывается. Более того, если топливо имеет чрезмерно высокое цетановое число, то первые его порции, попав в цилиндр, тут же воспламеняются и большая его часть впрыскивается не в воздух, а в продукты сгорания, не перемешавшись с еще неизрасходованным воздухом. Поэтому происходит неполное сгорание, дымный выпуск, снижение мощности и ухудшается экономичность.

К числу других факторов (кроме свойств топлива), влияющих на жесткость работы дизельного двигателя, относятся его конструктивные данные и условия работы. Появлению стуков при работе дизельного двигателя способствуют увеличение угла опережения впрыска, снижение частоты вращения коленчатого вала, степени сжатия, температурного режима двигателя, температуры засасываемого воздуха. Жесткая работа дизельного двигателя так же нежелательна, как и работа карбюраторного двигателя с детонацией.

Свойства дизельных топлив, влияющие на интенсивность износа деталей двигателя, затраты на его ремонт и техническое обслуживание

Интенсивность износа деталей двигателя и связанпые с этпм ватраты зависят от коррозионных свойств топлива, самовоспламе-няемости и наличия в нем механических примесей, а ватраты на техническое обслуживание ивдхеняются также от свойств топлива, влияющих на отложения и нагар.

В зависимости от качества топлива интенсивность износа деталей двигателя может возрастать более чем в 2 раза и в таком же соотношении могут изменяться удельные затраты на ремонт на единицу пробега.

Из-за недостаточного качества топлива увеличиваются затраты на техническое обслуживание двигателя, так как появляется необходимость в проведении дополнительных работ или же их приходится выполнять через более короткие межосмотровые пробеги. Кроме увеличения затрат на ремонт и техническое обслуживание двигателя, автотранспортное предприятие терпит убытки от простоев автомобилей во время ожидания или нахождения в ремонте п техническом обслуживании.

Рис. 2. Зависимость продолжительности пуска дизельного двигателя от цетанового числа

Общее содержание серы в дизельном топливе по ГОСТ 4749—73 допускается не более 0,2%, по ГОСТ 305—73 в топливе подгруппы 1 — не более 0,2%, а подгруппы 2 у марок JI, 3 и ЗС — 0 21 — 0,50% и марки А — 0,21—0,4%. Количество меркаптановой серы не должно превышать 0,01% в дизельном топливе любой марки. Присутствие элементарной серы и сероводорода проверяется испытанием па медной пластинке.

Кислотность характеризует содержание в дизельном топливе кислых соединений.

Отложения и нагар в камере сгорания, на клапанах, насосах-форсунках и других деталях двигателя нарушают его нормальный режим работы, приводят к ухудшению топливной экономичности а снижению мощности.

Физико-химические свойства топлива

Физико-химические свойства топлива

Для судовых двигателей основным видом жидкого топлива являются продукты перегонки сырой нефти.

Нефть состоит из различных углеводоро­дов с примесью кислородных, азотных и сернистых соединений; в ней содер­жится вода, механические примеси и различные соли минеральных кислот. Состав нефти представляет собой одну из следующих групп углеводородов: 1) предельно парафиновые, ряда С_nН _2n+2; 2) нефтеновые, ряда С_nН_2n и 3) ароматические, ряда С_nН_2n-6.

Парафины (алканы) являются предельными алифатическими углево­дородами; отличаются высокой химической стойкостью при нормальной тем­пературе и низкой термической — легко окисляются при температуре 250— 200° С. В зависимости от состава молекулы углеводорода, парафины могут быть в газообразном состоянии (метан СН₄, этан С₂Н₆ и др.), в жидком виде (пентан С₅Н₁₂, гексан С_бН₁₄ и др.) и в твердом состоянии (октодекан С₁₈Н₃₈, эйкозан С_2оН₄₂ и др. ). Нормальные парафины имеют «цепное» строе­ние; например, структура молекулы этана изображается

Нефтеновые углеводороды также принадлежат к предельным углеводо­родам, но более устойчивы при высоких температурах, чем парафины. Моле­кулы нефтеновых углеводородов (цикланы) имеют кольцевое строение, ко­торое может быть образовано из алкановых соединений с открытой цепью, если концы цепи углерода соединить в кольцо. Так, например, структура молекулы циклопентана С₅Н₁₀ изображается

Нефтеновые и парафиновые углеводороды являются основными час­тями дизельных топлив.

Ароматические (бензольные) углеводороды обладают большой терми­ческой стойкостью и меньшей химической. Для самовоспламенения арома­тических углеводородов требуется более высокая температура. В основе строения их молекулы — шестиугольный замкнутый каркас, состоящий из связанных между собой атомов углерода и присоединенных к ним атомов водорода.

Молекула бензола С₆Н₆, одного из представителей этой группы угле­водородов, имеет структурный вид

Ароматические углеводороды в основном входят в состав каменноуголь­ных смол и масел и редко встречаются в нефтепродуктах.

Кроме рассмотренных основных групп углеводородов, в нефтях в не­значительных количествах встречаются непредельные углеводороды — олефины (С_nН_2n), терпены (С_nН_{2n – 4}) и др. Непредельные углеводороды легко окисляются на воздухе при нормальной температуре и образуют смолы. Вследствие образования смол происходит укрупнение молекул (полимери­зация). Смолы плохо сгорают и дают нагар на стенках цилиндров.

В качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания используются только различные продукты перегонки нефти. Нефть является исходным материалом для получения не только топлива, но и других ценных продук­тов.

Распространенным методом переработки нефти является фракционная перегонка, в результате которой она разделяется на ряд фракций (дистиллатов) с содержанием примерно одинаковых качеств углеводородов. Перегонка происходит при атмосферном давлении в трубчатых перегонных установках. Путем отбора выкипающих продуктов в различных температурных интер­валах получаются различные фракции перегонки. При отборе в температур­ном интервале от начала кипения до температуры 200—225° С получаются бензиновые погоны, при интервале температур 120—230° С выделяются лигроиновые, при Г50—315° С — керосиновые и при 240—350° С — соля­ровые погоны. Жидкий остаток после отгона указанных продуктов назы­вается мазутом прямой гонки. Мазут прямой гонки может быть использован как топливо и для дальнейшей перегонки. Процесс перегонки мазута пред­ставляет собой процесс разложения и преобразования строения молекул и. называется крекинг-процесс.

В результате крекинг-процесса, который обычно ведется при темпера­туре 475—500° С и давлении 15—16 кГ/см², получаются бензины и другие легкие продукты, а также и высоковязкие продукты.

Элементарный состав жидких топлив нефтяного происхождения в про­центах по весу изменяется в следующих пределах: углерода С = 84 ? 88; водорода Н = 10?14; кислорода О = 0,05 ? 3,0 и серы S =0,01 ? 5,0. Для дизельных топлив с малым содержанием серы при расчетах рабочих циклов принимают следующий элементарный состав: С = 86%, Н = 13% и О = 1 % .

Теплотой сгорания (теплотворностью) жидкого топлива называется количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива. При определении высшей теплотворности Q_в учитывается тепло, выделяющееся при конденсации паров воды, находящейся в топливе и образовавшейся в результате горения водорода топлива. Высшая теплотворность топлива определяется при сжигании его в калориметре.

При работе двигателя температура отработавших газов в выпускном тракте значительно выше 100° С, следовательно, с парами воды уносится и теплота парообразования. В связи с этим в расчетах двигателей пользуются низшей теплотворностью топлива Q_н, которая определяется по формуле Менделеева:

Здесь составные элементы топлива указаны в процентах по весу.

При расчетах цикла двигателей принимают Q_n = 10 000 ккал/кг, а фак­тически (Q_n изменяется от 9750 ккал/кг (у мазутов) до 10500 ккал/кг (у дизель­ных топлив).

Весовая плотность топлива измеряется при температуре 20° С, пересчет измерений плотности при другой температуре к температуре 20° С произво­дится по формуле

Вязкость топлива является одним из важнейших свойств жидкого топ­лива, определяющего текучесть топлива по трубопроводам и качество его распыливания.

Кинематической вязкостью называется сила сопротивления двух слоев жидкости площадью в 1 см², находящихся на расстоянии 1 см друг от друга и перемещающихся друг относительно друга со скоростью 1 см/сек, отнесен­ная к единице плотности.

Если взять жидкость с плотностью, равной 1 г/см³, то при сопротивле­нии в 1 дн получается единица кинематической вязкости — стоке (ст). Сотая часть стокса называется сантистоксом и выражается в см²/сек.

Условной вязкостью называется отношение времени истечения из виско­зиметра 200 см³ испытуемого продукта при данной температуре ко времени истечения 200 см³ дистиллированной воды при температуре +20° С. Услов­ная вязкость измеряется в градусах Энглера (° Е).

В быстроходных двигателях применяется топливо с условной вязкостью при 50° С не выше 1,75° Е. В тихоходных дизелях топливо применяется >с условной вязкостью при 50° С 5—9° Е. При вязкости выше 5° Е необходим

подогрев топлива до 45—50° С и выше.

Вязкость топлива зависит от темпе­ратуры его — с повышением температуры вязкость топлива уменьшается.

На рис. 12 по данным А. И. Толстова приведены вязкости различных топлив при разных температурах (кривые 1 и 2 — дизельного топлива; 3 — соляра парафинистого; 4 — соляра; 5 — керосина и 6 — нефти).

С повышением давления начиная с 200—300 кГ/см² вязкость топлива повышается и при достижении давления 800 кГ1см² возрастает в 5—6 раз.

Пределы температур фракционной разгонки топлива являются призна­ком испаряемости легких сортов топлива. Для оценки фракционной разгон­ки строят кривые разгонки, по оси ординат откладывают объемное со­держание в процентах испарившегося топлива, а по оси абсцисс — темпе­ратуры паров.

На рис. 13 приведены кривые разгонки топлив (1 и 2-дизелыюе топливо; 3 — соляр парафинистый; 4 — соляр; 5 — керосин; 6 — нефть).

Топливо для двигателей должно обладать малым диапазоном фракций. Наличие легких фракций в топливе улучшает пусковые качества двигателя, но увеличивает жесткость работы его. Утяжеление фракционного состава топлива повышает вязкость его, а следовательно, вызывает ухудшение качества распыливания и сгорания.

Температура застывания определяет потерю текучести топлива. Для дизельных топлив быстроходных двигателей температура застывания лежит в пределах от—10 до —60° С; у топлив для тихоходных дизелей в преде­лах от — 5 до + 5° С.

Применение топлив для судовых дизелей с относительно высокой температурой застывания требует специальных устройств для подогрева его в цистернах и в фильтрах.

Температура вспышки — это та минимальная температура, при которой смесь паров топлива с воздухом (нагреваемого в стандартных условиях) вспыхивает при поднесении к ней пламени. Если пары топлива, вспыхнув, торят не менее 5 сек, то температура будет соответствовать температуре воспламенения. Температуры вспышки и воспламенения оценивают топливо с точки зрения пожарной безопасности при хранении и применении его на судне. Сорта легких топлив (бензины и керосин) имеют температуру вспыш­ки ниже 21° С — бензины, до 65° С — керосин и сорта тяжелых топлив — выше 65° С.

Температурой самовоспламенения топлива называется та минимальная температура, при которой топливо или горючая смесь самовоспламеняется без какого-либо внешнего (постороннего) источника зажигания и продол­жает гореть. Температура самовоспламенения топлива определенного со­става зависит от интенсивности отвода тепла. Самовоспламенение топлива возможно начиная с температу­ры, при которой количество теп­ла, выделяемого химической ре­акцией, превышает количество отводимого тепла.

Таким образом, на величи­ну температуры самовоспламе­нения топлива влияют среда, в которой происходит самовос­пламенение (воздух или кис­лород), давление и температура среды и устройство самого при­бора по определению этой тем­пературы и др. С изменением физико-химических свойств топ­лива (изменение вида топли­ва) температура самовоспламе­нения изменяется. Наиболее низ­кую температуру самовоспламе­нения имеют алкановые углево­дороды и наиболее высокую — ароматические.

Сжимаемость дизельных топлив характеризуется сред­ним значением коэффициента сжимаемости (?_ср, который показывает, на ка­кую долю уменьшается начальный объем топлива при увеличении давления на 1 кГ/см²:

С возрастанием давления коэффициент сжимаемости уменьшается. Сжимаемость топлива влияет на закон подачи его и при расчетах топливо­подающей системы двигателя должна учитываться.

На рис. 14 приведено изменение коэффициента сжимаемости (? и (?_ср в зависимости от давления для топлива ДТ-1.

Поверхностное натяжение, определяемое физико-химическими свой­ствами топлива, измеряется в дн/см и при 20° С составляет для алканов 18—28; цикланов 22—29 и ароматиков 28—32. При повышении температуры и давления поверхностное натяжение уменьшается.

Механические примеси в топливе обычно в виде песка, пыли, окалины и других частиц засоряют сопла форсунок, загрязняют фильтры, способ­ствуют ускоренному износу топливных насосов и форсунок. Поэтому в топ­ливах для тихоходных дизелей механические примеси допускаются не более 0,1 % по весу, а в топливах для быстроходных дизелей они совершенно не допускаются.

Вода в топливе снижает его теплотворность, может нарушать процесс подачи топлива и вводит в цилиндр растворенные в ней соли, которые повышают износ втулки цилиндра. Содержание воды в топливе тихоходных дизелей не должно быть больше 1,0%, а в топливах быстроходных дизелей наличие воды совершенно не допускается.

В последнее время ведутся опыты по сжиганию в цилиндре дизеля топ­лива с примесью мелкораспыленной воды. Как показывают результаты не­которых опытов, мелкие частицы воды, равномерно распределенные в жид­ком топливе, способствуют развитию процесса сгорания топлива (интен­сифицируют процесс сгорания). Теплоиспользование в цилиндре при этом повышается, а удельный расход топлива снижается.

Коксуемость топлива в какой-то степени характеризует склонность топлива к нагарообразованию. Коксуемость топлива для быстроходных ди­зелей допускается не более 0,5% и для тихоходных 3—4% по весу. Сера и сернистые соединения, находящиеся в топливе при сгорании его в цилиндре двигателя, образуют SO₂ и SO₃, которые вместе с водой могут образовать кислоты, вызывающие коррозию стенок цилиндра и выпускного тракта. Наличие серы в топливе вредно действует на стенки цилиндра и выпускного тракта не только вследствие газовой коррозии (в зоне высоких температур) и кислотной коррозии (в области пониженных температур), но и по причине механического воздействия. Происходит это вследствие того, что продукты конденсации сернистых соединений, концентрируясь в нагарах и отло­жениях, делают их более твердыми.

Повышение твердости нагара способствует более быстрому износу втулок цилиндра. В связи с изложенным содержание серы в топливе для быстроходных дизелей допускается до 0,2% и для тихоходных до 0,5%. В связи с увеличением содержания серы в добываемых нефтях и вредным ее воздействием в последнее время стали применять присадки к топливам с большим содержанием серы. Наиболее совершенными являются многофункциональные присадки, которые снижают износ и нагарообразование в цилиндре, предотвращают коррозию топливохранилищ и топливопроводов, а также улучшают процесс сгорания тяжелых сернистых топлив.

Результаты испытаний двигателей при работе на топливе с многофункциональной присадкой позволяют сделать следующие выводы:

1.         Присадка способствует снижению отложений нагара на стенках цилиндра.

2.         Присадка снижает износ деталей цилиндро-поршневой группы по сравнению с работой на сернистом топливе без присадки.

3.          При работе двигателя на топливе с присадкой смазочное масло ухуд­шается более медленно, чем при работе двигателя на том же топливе, но без присадки.

Кислотность топлива способствует нагарообразованию и усилению износа; она определяется содержанием КОН (в миллиграммах), требуемого для нейтрализации 100 мл топлива. Кислотность топлив быстроходных ди­зелей не должна превышать 10 мг КОН.

Зольность топлива способствует износу втулки цилиндра и поршневых колец, плунжерных пар и др., а потому должна быть минимальной. Содер­жание золы в топливах быстроходных двигателей не должно быть более 0,01—0,025%, а в топливах для тихоходных двигателей — не более 0,04— 0,08%.

Рассмотренные физико-химические свойства топлива определяют собой важнейшее качество его — воспламеняемость. Для дизельных топлив важ­нейшим качеством является самовоспламеняемость, оцениваемая в услов­ных цетановых единицах (цетановое число). Для определения цетанового числа топлива берут смесь, состоящую из легковоспламеняющегося угле­водорода алканного ряда цетана С₁₆Н₃₄, цетановое число которого прини­мается за 100, и трудно воспламеняющегося углеводорода ароматического ряда ?-метилнафталина С₁₀Н₇СН₃, цетановое число которого принимается за нуль.

Цетановым числом называется показатель воспламеняемости дизель­ного топлива, который численно равен такому процентному (по объему) содержанию цетана в смеси с ?-метилнафталином, при котором периоды за­держки воспламенения этой смеси и испытуемого топлива будут одинаковы. Период задержки воспламенения (или самовоспламенения) измеряется в се­кундах или, соответственно, в градусах угла поворота коленчатого вала двигателя и равняется в данном случае периоду от момента достижения тем­пературы самовоспламенения до момента самовоспламенения смеси.

Для определения цетанового числа топлива пользуются так называе­мыми моторными методами и лабораторными методами.

К числу моторных методов относятся: метод критической степени сжа­тия, метод определения задержки воспламенения и метод совпадения вспы­шек.

Метод критической степени сжатия сводится к определению на спе­циальном двигателе наименьшей степени сжатия (критической), при которой еще происходит вспышка (самовоспламенение).

Если критические степени сжатия для смеси эталонных топлив и для испытуемого одинаковы, то цетановое число испытуемого топлива будет равно цетановому числу смеси. Данный метод является неточным, так как степени сжатия определяются на холодном двигателе и результаты таких измерений скорее характеризуют пусковые качества топлива.

Метод определения задержки воспламенения (самовоспламенения) состоит в сравнении периода задержки воспламенения испытуемого и эта­лонного топлив при одних и тех же условиях испытаний. Испытания про­изводятся на нормально работающем двигателе.

Метод совпадения вспышек принят в СССР в качестве основного для определения цетанового числа дизельных топлив. Сущность этого метода состоит в сравнении воспламеняемости испытуемого и эталонного топлив при одинаковых условиях испытаний.

Испытания проводятся на особом одноцилиндровом дизеле ИТ⁹/₃, у ко­торого диаметр цилиндра равен 82,6 мм; ход поршня равен 114,3 мм и скорость вращения вала 900 ± 9 об/мин. Методика испытания изложена в ГОСТ 3122—52.

Кроме рассмотренных методов определения цетанового числа топлива, получили применение и лабораторные методы. Из лабораторных методов наибольшее распространение получил метод определения дизельного ин­декса (д. и.).

Дизельный индекс в зависимости от анилиновой точки А⁰ С и удельного веса топлива при 15° С ?_? определяется по формуле

Анилиновой точкой является температура помутнения раствора испы­туемого топлива в анилине в пропорции 1:1.

Определение цетанового числа по дизельному индексу производится на основании приведенной ниже зависимости, полученной путем моторных испытаний:

Цетановые числа топлив для тихоходных дизелей колеблются в пре­делах 30—50; для быстроходных — 40—60.

Важнейшим качеством топлива для карбюраторных двигателей яв­ляется его антидетоиационное свойство, которое измеряется октановым числом.

Октановым числом называется процентное содержание (по объему) изооктана С₈Н₁₈ (детонационную стойкость которого принимают равной 100 октановым единицам) в смеси с нормальным гектаном С₇Н₁₆ (октановое число которого равно 0), при котором эта смесь начинает детонировать при

тех же условиях, что и испытуемое топливо. Октановое число определяется на специальном одноцилиндровом двигателе.

Чем больше октановое число топлива, тем выше его детонационная стойкость. Обычно октановое число бензинов колеблется от 60 до 90, а керо­сина от 40 до 45. Для повышения детонационной стойкости к топливу добав­ляют присадки (антидетонаторы). Наиболее распространенной антидетонационной присадкой к бензину является тетраэтилсвинец (сокращенно ТЭС). Бензин с этой присадкой называется этилированным. Присадка тетраэтил­свинец представляет собой ядовитую жидкость, получаемую при взаимо­действии хлористого этила со сплавом металлического натрия и свинца.

Присадки к дизельному топливу

Присадки к дизельному топливу

Ханну Яаскеляйнен и Пол Ричардс

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Реферат : Характеристики дизельного топлива могут быть улучшены за счет использования присадок, которые добавляются на нефтеперерабатывающем заводе, на распределительном терминале или конечным потребителем. Многие различные присадки можно классифицировать по-разному в зависимости от химического состава, назначения и т. д. Один из удобных способов их классификации — сгруппировать их как присадки, используемые для облегчения обращения и распределения, для улучшения стабильности топлива, для защиты двигателей и топливных систем и присадки, влияющие на процесс горения. Некоторые добавки могут влиять более чем на одну категорию, и, конечно же, добавки можно комбинировать для создания многофункциональных пакетов добавок.

• Введение
• Добавки для обработки и раздачи помощи
• Присадки для повышения стабильности топлива
• Присадки для защиты систем двигателя
• Добавки, влияющие на процесс горения

До второй половины двадцатого века присадки к дизельному топливу практически не использовались. Благодаря универсальности и надежности дизельного двигателя подходящее дизельное топливо может быть получено из смеси компонентов прямогонной атмосферной перегонки. Если нефтеперерабатывающему заводу необходимо сместить производство в сторону бензина, дизельный пул часто может быть дополнен крекинг-газойлем, полученным в процессе очистки бензина. Поскольку уровень содержания серы в топливе постепенно снижался, может потребоваться дополнительная обработка в зависимости от источника сырой нефти. С ростом спроса на топливо, изменением состава спроса и ужесточением спецификаций изменились процессы очистки, а вместе с ними и использование присадок к дизельному топливу. Хотя строгого определения того, что представляет собой добавка, в отличие от компонента смеси, не существует, общепризнано, что добавка представляет собой что-то добавленное в количестве менее 1% по массе (т. е. 10 000 мг/кг или 10 000 частей на миллион). Из-за такого низкого содержания присадок физические свойства топлива, такие как плотность, вязкость и летучесть, существенно не изменяются.

Чтобы увеличить выход дизельного топлива, нефтеперерабатывающий завод должен глубже врезаться в сырое сырье; необходимость использования присадок, улучшающих текучесть, для восстановления низкотемпературных характеристик топлива. С ростом спроса на улучшенное качество воспламенения и повышение требований к цетановому числу использование присадок, улучшающих воспламенение, также возросло. По мере распространения законодательства, определяющего сверхнизкие уровни серы в топливе, способность дизельного топлива смазывать оборудование для впрыска топлива уменьшилась; это потребовало использования смазывающих присадок. Добавки, обсуждаемые в следующих разделах, можно разделить на следующие категории:

• Присадки для обработки и распределения топлива
  • Добавки для обеспечения работоспособности при низких температурах
    • Улучшители текучести
    • Добавки против осаждения воска
    • Депрессанты температуры помутнения
    • Противообледенительные добавки
  • Прочие присадки для обработки топлива
    • Противопенные добавки
    • Добавки, снижающие сопротивление течению
    • Добавки для снятия статического электричества
    • Биоциды
    • Деэмульгаторы
    • Дегазаторы
    • Ингибиторы коррозии для системы распределения топлива
    • Маркерные красители
    • Дезодоранты и ароматизаторы
• Присадки для повышения стабильности топлива
  • Антиоксиданты
  • Стабилизаторы
  • Дезактиваторы металлов
  • Диспергаторы
• Присадки для защиты двигателя
  • Ингибиторы коррозии для топливной системы автомобиля
  • Добавки для очистки форсунок
  • Смазочные присадки
• Добавки для горения
  • Присадки для улучшения воспламенения
  • Средства подавления дыма
  • Катализаторы горения

Более широкое включение биодизеля в состав смеси дизельного топлива также потребует использования присадок к топливу. Однако эти добавки обычно включаются в само биодизельное топливо, чтобы обеспечить соответствие биодизельного топлива соответствующей спецификации. Более подробно это обсуждается в разделе 9.0102 Биодизель – сложные моноалкиловые эфиры . Таким образом, смешивание дизельного топлива с биодизельным топливом, соответствующим спецификации, не требует дополнительных добавок.

Присадки могут добавляться в дизельное топливо на трех разных этапах: (1) на нефтеперерабатывающем заводе, (2) в системе распределения топлива и (3) после того, как топливо вышло из-под контроля производителя. Присадки последней группы, добавляемые конечным пользователем или торговым посредником, называются присадками вторичного рынка. Одним заметным исключением из этого последнего пункта является использование топливных катализаторов (FBC), которые добавляются к топливу в автомобиле и являются частью стратегии контроля выбросов производителей автомобилей. Эти добавки обсуждаются в Фильтры с топливными катализаторами .

Добавление нефтеперерабатывающего завода. Переработчики топлива должны убедиться, что их продукция соответствует спецификациям, применимым к месту и времени года, и подходит для использования по назначению. Это может быть достигнуто с помощью таких средств, как выбор сырой нефти, переработка на нефтеперерабатывающем заводе, смешивание или использование присадок. Окончательный выбор методов определяется экономикой. Поэтому степень, в которой конкретный нефтеперерабатывающий завод будет полагаться на добавки, зависит от многих факторов, и точная степень использования добавок остается неясной.

Добавление системы распределения. Операторы трубопроводов иногда вводят добавки, снижающие сопротивление течению (для увеличения пропускной способности трубопровода) и/или ингибиторы коррозии. Чтобы помочь контролировать затраты, нефтеперерабатывающие заводы во многих странах обычно производят топливо, соответствующее основным законодательным спецификациям, и продают или обменивают это топливо другим компаниям, занимающимся сбытом топлива. Однако растет осознание необходимости дифференциации продукта на рынке; это относится к топливу так же, как и к любому другому продукту. Таким образом, во многих странах становится обычным включение пакетов присадок в распределительный терминал нефтеперерабатывающих заводов для поддержки требований или стандартов качества маркетинговой компании; например, для производства дизельного топлива «обычного» или «премиального» качества или просто для того, чтобы попытаться отличить одну компанию от другой. Эта практика получила широкое распространение в Европе и других частях мира. Присадки также могут быть добавлены на розничном насосе, что позволяет розничным продавцам топлива продавать более одного сорта дизельного топлива на розничной площадке без необходимости в отдельных резервуарах для хранения.

Присадки для вторичного рынка. Некоторые пользователи будут добавлять в свое топливо присадки для удовлетворения своих конкретных потребностей, например, при работе в холодном климате, или потому, что они считают, что им нужно топливо более высокого качества. Широкий спектр присадок для вторичного рынка доступен от ряда поставщиков. Некоторые из этих добавок могут иметь законное применение. Например, использование антиобледенителей может быть оправдано в холодных погодных условиях и/или при возникновении проблем с обледенением топливной системы. Однако во многих случаях пакеты присадок для вторичного рынка состоят из таких соединений, как детергенты, улучшители смазывающей способности и усилители цетанового числа, которые обычно добавляются на нефтеперерабатывающем заводе или на топливном терминале продавцом топлива.

Пользователям следует проявлять осторожность при рассмотрении вопроса об использовании каких-либо присадок послепродажного обслуживания. Некоторые присадки для вторичного рынка агрессивно рекламируются с заявлениями о характеристиках, которые часто слишком хороши, чтобы быть правдой. Тем не менее, в большинстве случаев они не нужны, и их следует избегать; особенно это касается современных высокотехнологичных дизельных двигателей. Коммерческое топливо хорошего качества от известных продавцов содержит все присадки, необходимые для топлива, и было тщательно протестировано для сведения к минимуму возможности неблагоприятного взаимодействия между различными присадками и/или топливными компонентами.

Если пользователь по-прежнему считает, что присадки необходимы, их следует выбирать на основе тщательного исследования и использовать в соответствии с рекомендациями поставщика присадок и производителя двигателя. Неправильное использование присадок может оказать неблагоприятное воздействие на двигатель и повлиять на гарантию двигателя (например, некоторые производители двигателей требуют, чтобы антиобледенители на спиртовой основе не использовались).

###

Испытание свойств топлива: смазывающая способность

Испытание свойств топлива: смазывающая способность

Ханну Яаскеляйнен

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Смазывающая способность дизельного топлива может быть измерена в ходе испытаний транспортных средств, насосных установок или стендовых испытаний. Наиболее важными стендовыми испытаниями являются установка с высокочастотным возвратно-поступательным движением (HFRR) и анализатор смазывающей способности шарика на цилиндре при истирании (SLBOCLE). Поскольку различные испытания основаны на различных типах механизмов износа, корреляция между методами не всегда является удовлетворительной.

• Обзор
• ASTM D6079 HFRR
• ИСО 12156-1 ХФРР
• ASTM D6078 SLBOCLE
• Корреляция между методами
• Влияние добавок

Термин смазывающая способность часто определяется как способность смазки — в данном случае дизельного топлива — минимизировать трение между поверхностями и повреждение поверхностей при относительном движении под нагрузкой. Как правило, тесты, используемые для оценки смазывающей способности дизельного топлива, пытаются создать условия граничной смазки. В частности, результаты испытаний, которые количественно определяют смазывающую способность топлива, являются мерой способности топлива минимизировать трение между поверхностями и/или повреждение поверхностей при относительном движении в условиях граничной смазки.

Для измерения смазывающей способности топлива были разработаны различные типы методов:

• Испытания транспортных средств. При испытании транспортного средства [1241] транспортное средство эксплуатируется на топливе в течение определенного периода времени или определенного расстояния. Затем компоненты топливной системы можно разобрать и проверить на предмет износа. Этот тест имеет то преимущество, что он наиболее репрезентативен для реальных условий и может измерять все возможные отказы, связанные с износом, а не только те, которые связаны с граничной смазкой. Однако испытания такого рода очень дороги и требуют много времени и не позволяют проводить испытания большого количества комбинаций топлива.
• Испытания насосной установки. Альтернативой испытанию на транспортном средстве является испытание на насосной установке (ASTM D6898). При испытаниях на стенде ТНВД устанавливается на испытательный стенд и приводится в действие электродвигателем. Топливо циркулирует через насос в течение заданного периода времени. Затем насос и любое другое оборудование, присоединенное к нему, можно разобрать и проверить на предмет износа и других вредных воздействий. Преимущество этого испытания заключается в том, что оно менее затратно, чем полное испытание транспортного средства, при этом сохраняя возможность проверки многих отказов, связанных с износом, помимо тех, которые связаны с граничной смазкой. Это по-прежнему требует много времени и денег в эксплуатации. Для одного теста может потребоваться до 500-1000 часов тестового времени. Испытания на насосной установке часто необходимы для оценки эффективности гораздо более простых стендовых испытаний.
• Стендовые испытания. Для проведения быстрых и относительно недорогих измерений смазывающей способности топлива был разработан ряд стендовых испытаний, которые пытаются воссоздать условия граничной смазки, аналогичные тем, которые используются в оборудовании для впрыска топлива:
  • Анализатор смазывающей способности шарового цилиндра (BOCLE) был разработан для авиационного топлива для реактивных двигателей. Он продолжает использоваться для этого приложения. Он особенно полезен для измерения влияния топлива и присадок на окислительный износ — важный механизм износа в авиационных топливных системах.
  • Анализатор смазывающей способности шарика на цилиндре (SLBOCLE) был разработан в середине 1990-х годов в ответ на отказы дизельной топливной системы в результате внедрения дизельного топлива с низким содержанием серы. Он аналогичен тесту BOCLE, но с изменениями, которые делают его менее чувствительным к окислительному износу и более чувствительным к истиранию клея.
  • Высокочастотная поршневая установка (HFRR) также была разработана в 1990-х годах для оценки смазывающей способности дизельного топлива. В зависимости от тестируемого топлива он может создавать широкий спектр механизмов износа.
  • Метод “Шар на трех дисках” (BOTD) появился довольно недавно и все еще находится в стадии разработки. Это компактная и более экономичная версия аппарата «Мяч на трех сиденьях».

Из методов стендовых испытаний HFRR чаще всего используется для оценки дизельного топлива. SLBOCLE был широко распространен в 1990-х годах, но примерно с 2005 года мало применялся. Оба метода более подробно обсуждаются в следующих разделах, а их основные характеристики перечислены в таблице 1. Необходимо соблюдать осторожность при интерпретации результатов испытаний на смазывающую способность с любое из этих стендовых испытаний. Они воспроизводят лишь ограниченное количество механизмов износа, которые могут повлиять на работу дизельных топливных систем. Хотя механизмы износа, которые они воспроизводят, обычно важны для дизельных топливных систем, их относительная важность в любой конкретной топливной системе очень сильно зависит от конструкции топливной системы и условий эксплуатации.

Таблица 1
Краткое изложение основных характеристик различных лабораторных методов испытаний на смазывающую способность

	ASTM D6078 SLBOCLE	ASTM D6079 HFRR	ISO 12156-1 HFRR
Parameter	min. нагрузка, при которой коэффициент трения ≥ 0,175	след износа на шарике	след износа на шарике
Температура жидкости	25°C	25 или 60°С. 60°C preferred unless volatility or degradation is a problem	60°C
Fluid Volume	50 ml	2 ml	2 ml
Air	25°C, 50% RH	> 30% RH	see Figure 6
Load	500 g – 5000 g	200 g	200 g
Duration	60 s at each load increment	75 min	75 min
Ball:	stationary	reciprocating, 50 Hz / 1 mm stroke	reciprocating, 50 Hz / 1 mm stroke
– diameter	12. 7 mm	6 mm	6 mm
– material	AISI E-52100	AISI E-52100 chromium ally steel	AISI E-52100
– finish	5-10 EP	R a < 0.05 µm	R a < 0.05 µm
– hardness	Rockwell hardness C 64-66	Rockwell hardness C 58-66	Rockwell hardness C 58-66
Ring/Disk:	Ring	Disk, stationary	Disk, stationary
– speed	525 rpm
– size	49.2 mm	10 mm	10 mm
– материал	SAE 8720	AISO E-52100 хромистая сталь, отожженная. Получилось притерто и отполировано.	Легированная хромистая сталь AISO E-52100, отожженная. Получилось притерто и отполировано.
– finish	0. Добавить комментарий Отменить ответ