Дизельное топливо
Топливо для высокооборотных дизелей должно отвечать следующим эксплуатационным требованиям:
иметь хорошую прокачиваемость при различных температурах окружающей среды;
иметь хорошие распыл, смесеобразование и воспламеняемость;
обладать соответствующей вязкостью;
не содержать сернистых соединений, органических и минеральных кислот, воды, механических примесей;
при сгорании выделять возможно большее количество теплоты;
быть стабильными и не менять свойств при длительном хранении.
Фракционный состав дизельных топлив характеризуется температурами перегонки 10, 50 и 96% топлива. t10% указывает на наличие в топливе сравнительно низкокипящих фракций, которые относительно легко испаряются, но плохо воспламеняются. Поэтому содержание низкокипящих фракций ограничивают, t50% в некоторой степени характеризует пусковые качества дизельных топлив: снижение t50% до известного предела улучшает пусковые свойства топлива. t96 % (конец перегонки) показывает, содержание в топливе трудноиспаряющихся фракций, ухудшающих смесеобразование и влекущих неполное сгорание. Этот показатель (фракционный состав) ограничивают по ГОСТу верхним пределом температуры.
Таким образом, конструктивные особенности и конкретные условия эксплуатации дизелей должны учитываться наравне с возможностями промышленности по созданию топлив с оптимальными вязкостью и фракционным составом, определяющими испаряемость топлив в двигателе и условия их хранения.
Воспламеняемость дизельного топлива — это способность его загораться в двигателе без воздействия постороннего источника (искры, пламени) зажигания; воспламенение горючей смеси в дизеле происходит 'под влиянием высокой температуры окружающей среды в результате бурно протекающих реакций холодно-пламенного окисления.
От воспламеняемости в большой степени зависит характер протекания последующего процесса сгорания смеси, мягкая или жесткая работа дизеля и степень использования теплоты сгорания топлива.
Жесткая работа дизеля заключается в резком нарастании давления в цилиндрах, отнесенном к градусу поворота коленчатого вала
С момента начала впрыска топлива начинается первая фаза процесса горения, во время которой топливо, попав в среду сжатого горячего воздуха, распиливается и испаряется; тотчас начинаются холоднопламенные процессы окисления и распада молекул топлива с образованием первичных продуктов окисления — перекисей.
Время от начала впрыска до момента воспламенения всей смеси называют пер иодом, задержи и воспламенения (та).
После воспламенения рабочей смеси наступает вторая фаза, во время которой, давление в цилиндре двигателя повышается за счет быстрого сгорания топлива, накопившегося в течение первой фазы. Чем длительнее период задержки воспламенения, тем больше накапливается в камере сгорания топлива и тем резче нарастает давление в двигателе.
Для большинства быстроходных дизелей при скорости нарастания давления -^- более 5...7 кгс/см2 на один градус поворота коленчатого вала работа двигателя становится жесткой. Лишь для отдельных типов форсированных дизелей допустима скорость нарастания давления более 7...8 кгс/см2 на градус поворота коленчатого вала.
Жесткая работа сопровождается стуками, дымным выпуском, отработавших газов, перегревом дизеля и этим внешне напоминает детонацию в карбюраторных двигателях.
В третьей фазе горения свежие порции впрыскиваемого топлива попадают в среду пламени, тотчас загораются и сгорают по мере поступления. Эта фаза характеризуется плавным нарастанием давления и заканчивается с прекращением впрыска
В четвертой фазе происходит догорание топлива, расширение газов и выпуск их из цилиндра.
Продолжительность периода задержки воспламенения зависит как от ряда конструктивных и эксплуатационных факторов, так и от воспламеняемости используемого топлива. Большое значение здесь имеет температура в камере сгорания. С ее повышением ускоряется испарение впрыснутого топлива и интенсифицируются процессы холодно-пламенного окисления. В результате период задержки воспламенения сокращается. Все, что повышает температуру в камере сгорания к моменту начала впрыска топлива, сокращает период задержки воспламенения и делает работу дизелей более мягкой.
Цетановым числом дизельного топлива называют щюцентное содержание (по объему) цетана в искусственно приготовленной смеси, которая по характеру сгорания (самовоспламенения) равноценна испытуемому топливу. Цетановое число на установке ИТ9-3 определяют следующими методами: по критической степени сжатия, запаздыванию самовоспламенения или моменту совпадения вспышек.
Приближенно цетановое число можно оценить по вязкости и плотности:
плотность топлива, кг/м3; v20 — вязкость топлива при 20°С, мм2
Вязкость — это то сопротивление, которое оказывают частицы жидкости их взаимному перемещению под действием внешней силы. Для работы карбюраторных двигателей вязкость топлива не имеет практического значения, так как у бензинов она очень невелика (меньше, чем у воды). На работу дизелей этот показатель оказывает существенное влияние: как уменьшение, так и увеличение вязкости приводит к различным неполадкам.
Вязкость бывает абсолютной, когда оценивают внутренние свойства жидкости, и условной.
Абсолютная вязкость может быть динамической и кинематической.
Динамическая вязкость tj—коэффициент внутреннего трения, измеряемый в пуазах (П). Пуаз — это такое сопротивление, которое оказывают взаимному перемещению частицы, если два слоя жидкости пло-
щадью в 1 см2, находящиеся друг от друга на расстоянии 1 см, перемещаются со скоростью 1 см/с под действием внешней силы в 1 дину (г-см/с2).
Кинематическая вязкость v — удельный коэффициент внутреннего трения. Ее обычно рассматривают при оценке свойств нефтепродуктов. Кинематическая и динамическая вязкости связаны между собой плотностью: v = r)/p. Кинематическую вязкость измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт): 1 Ст = = 10-4 м2/с, 1 сСт=10-6 м2/с=1 мм2/с. Вязкость дистиллированной воды при 20,2 °С составляет 1 сСт.
Условная вязкость размерности не имеет. Она показывает, во сколько раз вязкость нефтепродуктов при температуре измерения больше или меньше вязкости воды при 20 °С. Ее обозначают в условных градусах (°ВУ). В стандартах и технических условиях на нефтепродукты данным показателем пользуются редко.
склонность к отложениям
Образование смолистых и углистых отложений (нагара) в дизелях зависит как от состояния и режима их работы, так и от качества топлив: содержания фактических смол, вязкости, углеводородного и фракционного состава. Особенно вредно сказывается • присутствие в топливах смолистых веществ.
Фактические смолы в дизельных топливах являются примесями, оставшимися после очистки базовых дистиллятов; в про* цессе хранения топлив смол в них образуется мало, так как дизельные топлива практически не содержат непредельных .углеводородов.
Смолы вызывают закоксовывание выпускных клапанов, головок форсунки и продувочных окон. Закоксовывание клапанов ведет к нарушению их посадки и зависанию. При закоксовывании отверстий форсунок нарушается нормальное распыливание топлива, а в двухтактных дизелях это явление приводит иногда к отрыву головок насосов-форсунок.
Смолистые вещества засоряют фильтры тонкой очистки и ухудшают подачу топлива в двигатель. Выпадение смолистых пленок на иглах распылителей форсунок зачастую приводит к зависанию игл, что часто наблюдается при работе двигателей на сернистых топливах.
Образование нагара в камере сгорания может быть следствием как неполного испарения топлива с тяжелым фракционным составом, так и его плохого распиливания из-за повышенной вязкости.
Повышенный тепловой режим, неисправность топливной аппаратуры также способствуют образованию углистых отложений в камере сгорания. Особенно ощутимо сказывается падение давления впрыска, так как при этом резко ухудшается .качество распиливания. Поэтому нельзя допускать длительной работы дизелей на малых оборотах.