Моторные свойства нефтяных топлив. Нефть характеристика топлива


5. НЕФТЯНЫЕ ТОПЛИВА

температуры воспламенения, перемешивается с горячим воздухом и самовоспламеняется.

Для обеспечения полного и качественного сгорания топлива оно должно обладать:

хорошей прокачиваемостью для бесперебойной работы

ТНВД;

тонким распылом и хорошим смесеобразованием;

отсутствием нагарообразования на клапанах, кольцах, поршнях; зависания иглы; закоксовывания форсунки;

отсутствием коррозионного воздействия на резервуары, топливопроводы;

химической стабильностью.

Низкотемпературные свойства. При понижении температуры в дизельном топливе появляются разрозненные кристаллы парафинов, которые оседают на фильтрах и ухудшают подачу топлива в цилиндры.

Показатели, характеризующие начало кристаллизации и потерю подвижности топлива, стандартизованы. К ним относятся:

температура помутнения, при которой топливо теряет прозрачность из-заначавших выпадать кристаллов парафинов;

температура застывания, при которой дизельное топливо теряет подвижность из-заобразования кристаллической решётки из вы-

павших парафинов. Определяют её в стандартном приборе, наклонённом под углом в 450 в течение 1 мин.

Нормальная работа двигателя возможна в условиях, когда температура окружающего воздуха на 5…10 0С выше температуры застывания.

Вязкостные свойства. Понижение или повышение вязкости

(для топлив различных марок вязкость изменяется в пределах 1,8…6,0 мм2/с) приводит к нарушению работы топливоподающей аппаратуры,

атакже процессов смесеобразования и сгорания.

Загустевание топлива приводит к повышению сопротивления подачи топлива и к нарушению нормальной работы двигателя. Крупные капли повышенной вязкости испаряются медленнее, частично оседают на днище поршня и стенках цилиндра, что приводит к ухудшению процесса горения, снижению КПД и увеличению нагара.

Испаряемость. Топлива, содержащие высококипящие углеводороды, в условиях камеры сгорания во время рабочего процесса испаряются медленно и неполно. Это затрудняет пуск двигателя, снижа-

studfiles.net

Эксплуатационные свойства нефтяных топлив — КиберПедия

 

Под эксплуатационными свойствами понимают объективные особенности топлива, которые проявляются в процессе его применения. В понятие «применение» включены все процессы, происходящие в топливе с момента его производства до сгорания.

Процессу сгорания топлива предшествуют процессы его испарения, воспламенения и другие. Характер поведения топлива в каждом процессе и составляет суть его эксплуатационных свойств.

По рекомендации стандарта рассматривают и оценивают следующие эксплуатационные свойства топлив:

1. Испаряемость характеризует способность топлива переходить из жидкого состояния в парообразное. Это свойство формируется из таких показателей качества, как фракционный состав, давление насыщенных, поверхностное натяжение и т.д. Испаряемость определяет технико-экономические и эксплуатационные характеристики ДВС.

2. Воспламеняемость характеризует особенности процесса воспламенения смесей паров топлива с воздухом. Оценка этого свойства базируется на таких показателях качества, как температура вспышки, температура самовоспламенения и др. Показатель воспламеняемости имеет такое же значение, как и горючесть топлива.

3. Горючесть определяет эффективность процесса горения топливовоздушной смеси в камерах сгорания.

4. Прокачиваемостьхарактеризует поведение топлива при перекачках его по трубопроводам и топливным системам, а также при его фильтровании. Это свойство определяет бесперебойность подачи топлива в двигатель при разных температурах эксплуатации. Прокачиваемость оценивают вязкостно-температурными свойствами, температурами помутнения и застывания, предельной фильтруемостью, содержанием воды, механических примесей и др.

5. Склонность к образованию отложений - это способность топлива образовывать отложения различного рода в камерах сгорания, в топливных системах, на выпускных и впускных клапанах. Имеются в виду отложения, образующиеся как при низких температурах в системах питания и смесеобразования, так и нагар, получающийся при высоких температурах в процессе сгорания топлива. Оценка этих свойств базируется на таких показателях качества топлива, как зольность, коксуемость, содержание смолистых веществ, непредельных углеводородов и т.д.

6. Коррозионная активность и совместимость с неметаллическими материалами характеризует способность топлива вызывать коррозионные поражения металлов, набухание, разрушение или изменение свойств резины, герметиков и других материалов. Это свойство предусматривает количественную оценку содержания в топливе коррозионно-активных веществ, испытание стойкости металлов, резины и герметиков при контакте с топливом.

7. Защитная способность - это способность топлива защищать от коррозии материалы при их контакте с агрессивной средой в присутствии топлива и в первую очередь защищать металлы от электрохимической коррозии при попадании воды.

8. Противоизносные свойства характеризуют уменьшение изнашиваемости трущихся поверхностей в присутствии топлива. Это свойство имеет важное значение для двигателей, у которых топливные насосы и топливо-регулирующая аппаратура смазываются только самим топливом без подачи смазочного материала. Свойство оценивается показателями вязкости и самосмазывающей способностью.

9. Охлаждающая способность определяет способность топлива поглощать и отводить тепло от нагретых поверхностей. Свойство имеет значение в тех случаях, когда топливо применяют для охлаждения масла (топливо-маслянные радиаторы) или наружной обшивки летательных аппаратов при больших скоростях полёта. Оценка свойства базируется на таких показателях качества, как теплоёмкость и теплопроводность.

10. Стабильностьхарактеризует сохраняемость показателей качества при хранении и транспортировке. Это свойство оценивает физическую и химическую стабильность топлива и его склонность к биологическому поражению бактериями, грибками и плесенью. Уровень этого свойства позволяет установить гарантийный срок хранения топлива в различных климатических условиях.

11. Экологические свойства характеризуют воздействие топлива и продуктов его сгорания на человека и окружающую среду. Оценка этого свойства базируется на показателях токсичности топлива и продуктов его сгорания и пожароопасности.

В зависимости от вида топлива и его назначения значимость того или иного эксплуатационного свойства может быть больше или меньше.

 

Испаряемость

 

Процессу сгорания топлива в двигателе предшествует его испарение и образование смеси паров топлива с кислородом в определённом соотношении. При полном сгорании углеводородов топлива получаются главным образом диоксид углерода и вода:

 

Н2 + 0,5О2 Н2О С + О2 СО2

 

Пользуясь этими уравнениями можно посчитать, что для полного сгорания 1 кг водорода требуется 8 кг кислорода, а для сгорания 1 кг углерода 8/3 кг кислорода. Зная элементный состав топлива можно найти необходимое количество кислорода для полного сгорания 1 кг топлива, с учётом кислорода, содержащегося в топливе. В результате известно, что для сгорания 1 кг углеводородного топлива необходимо около 15 кг воздуха. Смесь такого состава называют нормальной, теоретической или стехиометрической. Избыток или недостаток воздуха в смеси характеризуют коэффициентом избытка воздуха, который рассчитывается как отношение действительной массы воздуха в смеси к теоретически необходимой для полного сгорания топлива данного состава. для нормальной смеси a = 1, для богатой смеси a меньше 1, для бедной a больше 1.

В современных двигателях испарение топлива и образование паровоздушной смеси может начинаться до начала процесса сгорания при относительно низких температурах и заканчиваться уже в процессе сгорания испарившейся части топлива при высоких температурах.

Некоторые законы испарения. Скорость испарения определяется по уравнению вытекающему из закона Дальтона:

 

V=A*(pн - p),

 

где V - скорость испарения;

p - парциальное давление паров над поверхностью жидкости;

pн - давление насыщенных паров жидкости при данной температуре;

A - коэффициент пропорциональности.

Давление насыщенных паров определяется в приборе, называемом «бомба», который состоит из двух соединённых друг с другом камер. В нижнюю камеру, имеющую объём, в четыре раза меньший, чем у верхней, заливают исследуемое топливо. «Бомбу» помещают в водяную «баню», обеспечивающую заданную температуру, и замеряют давление паров прибором. Косвенно давление насыщенных паров можно охарактеризовать по фракционному составу, чем больше в нём низкокипящих фракций, тем выше давление насыщенных паров.

При p = 0, т.е. в начальный момент испарения, скорость процесса максимальна и близка к скорости свободного испарения. В этом случае она прямо пропорциональна давлению насыщенных паров жидкости, тем больше топлива испарится прежде, чем концентрация молекул в паровой фазе достигнет состояния динамического равновесия. При p = pн скорость испарения становится равной нулю, испарения прекращается, наступает равновесие между жидкой и паровой фазами, когда из жидкости в единицу времени «вылетает» столько же молекул, сколько молекул пара ею поглощается.

Давление насыщенных паров зависит от температуры и для углеводородов имеет вид показательной функции.

Нефтяные топлива представляют собой смесь углеводородов с разным давлением насыщенных паров. Поэтому в процессе испарения состав паров всегда отличается от состава жидкости. Есть определённые законы, гласящие, что в паре содержится больше того компонента, добавление которого в раствор повышает общее давление паров. В итоге в паровой фазе над топливом концентрация низкокипящих углеводородов всегда больше, чем в жидкой фазе. Поэтому давление насыщенных паров смеси углеводородов зависит не только от температуры, но и от соотношения объёмов паровой и жидкой фаз. При большом соотношении этих фаз низкокипящих углеводородов может не хватить для заполнения всей паровой фазы, поэтому увеличение паровой фазы по сравнению с объёмом жидкой фазы ведёт к снижению давления насыщенных паров такой смеси углеводородов.

В процессах смесеобразования испаряющееся топливо и газовая среда движутся относительно друг друга, при этом достаточно небольшого движения воздуха, чтобы количество испаряющейся в него жидкости резко возросло.

При испарении в неподвижный воздух скорость испарения определяется скоростью диффузии паров в окружающее пространство. При высоких скоростях воздушного потока и турбулентном режиме его течения скорость диффузии уже не имеет решающего значения; в этих условиях скорость испарения зависит от скорости потоков и скорости движения вихрей. Испарение при этом идёт в условиях вынужденной конвекции.

Скорость испарения жидкости прямо пропорциональна поверхности испарения. Чтобы ускорить процесс смесеобразования, жидкое топливо распыляют на мельчайшие капли. Поверхность испарения, а следовательно, и скорость испарения резко возрастают.

Тонкость распыла зависит как от условий распыла (величина и форма отверстия распылителя, степень турбулизации топлива), так и от свойств топлива и в первую очередь от величины поверхностного натяжения.

Поверхностное натяжение углеводородов зависит от их строения. Наименьшее поверхностное натяжение имеют алканы, наибольшее - ароматические углеводороды. С повышением температуры поверхностное натяжение углеводородов и их смесей уменьшается. На границе двух фаз поверхностное натяжение зависит от свойств обеих фаз. Для углеводородов поверхностное натяжение на границе с воздухом примерно в 2 раза меньше, чем на границе с водой.

Испаряемость топлива оказывает значительное влияние на рабочий процесс и эксплуатационные характеристики двигателей.

Испаряемость бензина по нижнему пределу ограничена возможностью пуска двигателя при отрицательных температурах, по верхнему - образованием паровых пробок. Совместить оба требования при больших изменениях температуры окружающей среды затруднительно. Поэтому в ассортименте топлив имеются сезонные бензины, предназначенные для эксплуатации в определённых климатических условиях.

От испаряемости дизельного топлива зависит обеспечение быстрой подготовки и эффективного сгорания горючей смеси. Для этого оно должно содержать лёгкие, средние и тяжёлые фракции нефти в оптимальных соотношениях. Чем выше быстроходность двигателя, тем меньше времени отводится для подготовки рабочей смеси, тем выше должна быть испаряемость и топливо должно содержать большее количество лёгких фракций. Топливо более тяжёлого фракционного состава требует для сгорания большего количества воздуха.

Тяжёлые топлива с плохой испаряемостью снижают полноту сгорания, вызывают ухудшение топливной экономичности дизеля, повышение дымления, увеличение образования отложений в камере сгорания, повышенный износ цилиндропоршневой группы, разжижение моторного масла и образование низкотемпературных отложений. С другой стороны значительное облегчение фракционного состава при прочих равных условиях ухудшает пусковые свойства топлив, особенно при низких температурах, т.к. при увеличении количества паров на их прогрев затрачивается большое количество теплоты.

 

cyberpedia.su

Моторные свойства нефтяных топлив

08 мая 2016 г.

Горючесть характеризует особенности и результаты процессов горения паров нефтепродуктов с воздухом. Оценивается степень горючести нефтепродуктов по детонационной стойкости, цетановому числу, удельной теплоте сгорания, содержанию антидетонаторов, люминометрическому числу, высоте некоптящего пламени, содержанию ароматических и нафталиновых углеводородов.

Октановое число — характеризует детонационную стойкость бензина, то есть способность сгорания без взрывов в цилиндре двигателя с искровым зажиганием. Детонация заключается в преждевременном самовоспламенении смеси топлива при цикле сжатия, то есть при повышении температуры при быстром процессе сжатия и самовоспламенении смеси, не доходя до верхней мертвой точки (ВМТ). В результате этого происходит обратное воздействие взрывной волны на поршень, двигатель начинает стучать и может прийти в негодность. Поэтому для каждого вида бензина допустима своя степень сжатия. Чтобы повысить мощность двигателя, необходимо повышать степень сжатия и соответственно детонационную стойкость бензина. В современных карбюраторных ДВС величина степени сжатия в пределах 8-12, а в дизельных 40—60.

Показателем детонационной стойкости бензина является октановое число, которое равно содержанию изо-октана в смеси с н-гептаном, эквивалентной по детонационной стойкости топливу, испытуемому в стандартных условиях.

Октановое число бензина повышают путем ввода различных добавок. В середине прошлого века наибольшее распространение получил способ повышения октанового числа путем введения в бензин этиловой жидкости, содержащей соединения свинца - тетраэтилсвинца Pb(C2H)4 и дибромэтана (C2h5Br2). Соединения свинца способствуют образованию пероксидов углеводородов, стойких к самовозгоранию, а соединения дибромэтана способствуют выносу из цилиндра летучих соединений свинца. Недостатком этилированных бензинов является их токсичность, проявляющаяся в отравлении организма с поражением центральной нервной системы и органов движения. Поэтому этилированные бензины, как ядовитые жидкости, в целях обеспечения безопасности при обращении с ними дополнительно, в зависимости от марки, окрашиваются в различные отличительные цвета.

В настоящее время выпуск и применение этилированных автомобильных бензинов ограничен, а продажа его в населенных пунктах страны запрещена.

Примечание: Учитывая, что выпуск автомобильных этилированных бензинов практически прекращен, некоторые известные нефтяные компании, чтобы повысить конкурентную способность вырабатываемых ими бензинов, окрашивают их в свои отличительные цвета.

В настоящее время повышение октанового числа бензина осуществляют за счет ввода в него метанола (древесного спирта), этанола (этилового спирта) и других компаудных присадок, получаемых при каталическом риформинге и гидрокрекинге дистиллятов.

При определении октанового числа бензина в качестве эталонного топлива применяется смесь изо-октана и н-гептана. Октановое число изо-октана принимается за — 100 единиц, н-гексана – за единиц. Испытание топлива проводят на испытательной моторной испытательной установке УИТ-65. Испытательная установка представляет собой одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, имеющий устройство для изменения объема камеры сгорания и соответственно степени сжатия топливной смеси.

Например, если двигатель будет работать одинаково (без стука) на смеси, состоящей из 72% изо-октана и 28% н-гексана, и на испытываемом бензине, то это означает, что октановое число бензина будет равно 72 и соответствовать автомобильному бензину А-72.

В настоящее время октановое число определяют двумя методами - исследовательским и моторным

Исследовательский метод. Октановое число бензина определяется в соответствии с требованиями ГОСТ511-82 на испытательной установке УИТ-65. Испытание проводится с частотой вращения вала 600±6 об/мин с постоянным углом опережения зажигания 13°, при температуре воздуха, поступающего в карбюратор 52± 1 °С. Получаемое исследовательским методом октановое число (04и) соответствует мягким условиям работы двигателя с небольшими нагрузками.

Моторный метод. Октановое число бензина по этому методу определяется в соответствии с требованиями ГОСТ 511-82 на той же испытательной установке УИТ-65. Испытание проводится с частотой вращения вала 900±9 об/мин с переменным углом опережения зажигания от 26° до 15°, при температуре воздуха, поступающего в карбюратор, 50±5 °С, а температуре топливно-воздушной смеси на входе в цилиндр — 149+1 °С. Получаемое моторным методом октановое число) соответствует работе двигателя при повышенных нагрузках. Разница называется чувствительностью бензина к перегрузкам, достигает 1-12 единиц, зависит от химического состава бензинов.

Цетановое число — показатель, показывающий воспламеняемость топлива и скорость нарастания давления в цилиндре дизельного двигателя при сгорании нефтяного топлива в топливно-воздушной смеси от сжатия, выраженной в единицах эталонной шкалы.

Воспламеняемость, так же как и детонационная стойкость, оценивается по условной шкале цетановым числом. По этой шкале за эталон воспламеняемости (100 единиц) принимается гексадексан, а за нуль единиц метилнафталин (цетан). Цетановое число является специальным показателем воспламеняемости и сгорания дизельного топлива в быстроходных дизелях. Норма цетанового числа по стандарту установлена в пределах 40—50 единиц. Применение топлив с низким цетановым числом ведёт к задержке воспламенения топлива и нарастания давления в цилиндрах, а такая работа двигателя приводит к преждевременному его износу, а иногда к разрушению подшипников.

 

ros-pipe.ru