Лабораторная работа №1

ВЫБОР И ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ ДЛЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИНЫ В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ

1.1.Учебные цели

1.Закрепить навыки в оценке качества дизельных топлив, а также низкозамерзающих охлаждающих жидкостей по внешним признакам и с использованием специальных приборов и оборудования.

2.Приобрести навыки по выбору и оценке качества дизельных топлив, низкозамерзающих охлаждающих жидкостей для условий эксплуатации машин в зимнее время.

3.Оценить эксплуатационные свойства дизельных топлив и бензинов, предназначенных для использования в зимнее время.

1.2.Оборудование и приборы

1. Образцы топлив и низкозамерзающих охлаждающих жидко-

стей.

2.Ареометр.

3.Пластинка медная стандартная.

4.Вискозиметр капиллярный.

5.Прибор для определения температуры вспышки.

6.Термоэлектрический холодильник.

7.Посуда лабораторная.

8.Химические реактивы.

9.Октанометр Shatox SX-100M.

10.Прибор для определения температуры кристаллизации низкозамерзающих охлаждающих жидкостей.

1.3.Последовательность выполнения работы

1.Оценить образцы дизельного топлива по внешним признакам (цвет, запах, наличие воды и механических примесей).

2.Определить низкотемпературные показатели образцов дизельного топлива по внешним признакам (температура помутнения).

3.Определить цетановые числа и температуру застывания образцов дизельного топлива, используя октанометр Shatox SX-100M.

4.Провести испытания топлива на медной пластинке.

7

5.Оценить образцы низкозамерзающей охлаждающей жидкости по внешним признакам (цвет, наличие воды и механических примесей).

6.Провести испытания по определению температуры кристаллизации образцов низкозамерзающей охлаждающей жидкости.

7.Определить по показателям качества топлива предельные температуры окружающего воздуха, при которых возможен надежный пуск бензинового двигателя без разогрева, быстрый прогрев и хорошая приемистость.

8.Сформулировать мероприятия, направленные на улучшение показателей работы двигателя при использовании топлива в зимнее время.

1.4.Выбор и оценка качества топлив и охлаждающих жидкостей для условий эксплуатации машины в зимнее время

1.4.1. Общие сведения

При использовании нефтепродуктов и рабочих жидкостей в условиях зимней эксплуатации СДКМ необходимо соблюдать следующие требования:

–обеспечивать машины необходимым ассортиментом всесезонных или зимних сортов ТСМ и рабочих жидкостей;

–при хранении, транспортировке и заправке машин гарантировать требуемые показатели качества топлива, масел и рабочих жидкостей;

–исключать потери ТСМ и рабочих жидкостей из-за утечек и проливов при заправке машин, также исключать неэкономное расходование топлив в ходе подготовки силовых установок к использованию;

–сокращать длительные простои машин в ожидании заправки;

–работа двигателей машин на холостом ходу должна быть непродолжительной, особенно с низкой частотой вращения коленчатого вала при низкой температуре охлаждающей жидкости и моторного масла;

–выполнять мероприятия, направленные на снижение трудоемкости заправочных операций;

8

–осуществлять строгий учет выдачи и расходования топлив, масел, рабочих жидкостей и других эксплуатационных материалов;

–организовывать сбор отработанных масел;

–при отсутствии штатной лаборатории предусматривать обязательный эксплуатационный контроль качества ТСМ и рабочих жидкостей.

Существующей системой организации ТО и ремонтов машин проведение контроля качества ТСМ, очистка, замена отработанных масел предусматривается непосредственно на объектах строительства. Заправка моторными маслами и рабочими жидкостями, контроль их качества производятся при проведении заявочных ремонтов,

атакже периодических ТО. Для этого используют передвижные мастерские ТО и ремонта, оснащенные дополнительно маслозаправочным оборудованием, приборами для экспресс-анализа масел и емкостями для сбора «отработки». Могут также применяться специализированные средства заправки или передвижные маслозаправочные станции.

Решение о возможности использования нефтепродукта по назначению принимается на основании его паспорта, а также по результатам контроля качества. Показатели качества, например, топлива, приведенные в паспорте, позволяют сделать заключение о соответствии его стандарту и оценить возможность применения в том числе в зимних условиях эксплуатации машин. Одновременно данные паспорта позволяют предвидеть возможные отклонения в работе двигателя от нормального режима при использовании данного топлива и провести необходимые профилактические мероприятия и регулировки. Следует использовать ТСМ и рабочие жидкости требуемого качества согласно инструкциям предприятий-изготовителей, а также их рекомендациям по замене импортных сортов отечественными сортами. Переход на сезонные сорта необходимо производить в строгом соответствии с местными климатическими условиями.

Постановлением №118 от 27.02.2008 г. принят технический регламент «О требованиях к автомобильному, авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту».

Для обеспечения нормальной работы двигателя внутреннего сгорания на различных режимах дизельные топлива должны обладать физико-химическими и эксплуатационными свойствами в пределах установленных норм.

9

Согласно ГОСТ 305-82 (прил. 1) дизельное топливо в зависимости от условий применения делится на марки:

–Л – летнее – для использования при температуре окружающего воздуха 0 оС и выше;

–З – зимнее – для использования при температуре окружающего воздуха:

а) –20 °С и выше – температура застывании топлива не выше

−35 оС;

б) –30 °С и выше – температура застывании топлива не выше

−45 °С;

–А – арктическое – для использования при температуре окружающего воздуха –50 °С и выше.

В зависимости от содержания серы дизельные топлива подразделяются на виды:

–I – c массовой долей серы не более 0,2%;

–II – с массовой долей серы не более 0,5% (дли марки А не бо - лее 0,4 %).

В зимних условиях эксплуатация машины обеспечивается совокупностью свойств и показателей качества топлив.

Вязкость топлива. Топливо для быстроходных дизельных

двигателей должно иметь при 20 °С вязкость не менее 5 мм2/с. Минимальная вязкость зависит от давления впрыска и конструкции топливной аппаратуры. С увеличением давления впрыска вязкость топлива может увеличиваться в 6–10 раз.

Прокачиваемость топлива зависит от его низкотемпературных свойств, которые влияют на подвижность топлива при низких температурах. Низкотемпературные свойства определяются темпе-

ратурой помутнения, начала кристаллизации и застывания.

Температурой помутнения считают температуру, при которой теряется фазовая однородность топлива. Оно начинает мутнеть из-за выделения мельчайших капель воды, твердых углеводородов и микроскопических кристаллов льда.

Температуру, при которой появляются первые кристаллы, видимые невооруженным глазом, называют температурой кристаллизации.

Температура полной потери подвижности топлива носит назва-

ние температуры застывания.

Механические примеси в топливе не допускаются. Топливо за-

грязняется при несоблюдении правил перевозки, хранения и заправки.

10

Наиболее вредны кварциты глинозема, так как они обладают высокой твердостью. Прецизионные пары топливных насосов имеют зазоры 1,5–3,0 мкм, поэтому даже небольшой процент механических примесей приводит к их значительному абразивному износу.

В топливе постоянно присутствует в растворенном состоянии вода. Ее концентрация зависит от температуры окружающей среды. Растворимость воды в топливе 9·10-5 кг/кг. Особенно неблагоприятным в эксплуатации является наличие эмульсионной воды при низких температурах. В этом случае кристаллами льда забивается система очистки и нарушается работа двигателя. Отрицательно действует вода и на топливную аппаратуру, особенно на износ плунжерных пар в топливном насосе высокого давления и форсунки. Она способствует появлению коррозии поверхностей прецизионных пар и закоксовыванию распылителей форсунок.

Необходимый распыл, смесеобразование и испарение топлива в значительной степени предопределяют протекание рабочего процесса в целом, его эффективность и экономичность. Преимуществом является то, что в дизельных двигателях можно значительно обеднять рабочую смесь. Это позволяет изменять мощность двигателя только за счет подачи топлива. С другой стороны, неоднородность смеси – существенный недостаток дизельных двигателей, так как невозможно добиться бездымного и полного сгорания топлива.

На процессы смесеобразования влияет вязкость топлива, увеличение которой ведет к ухудшению распыливания и испарения топлива.

Плотность топлива влияет на смесеобразование аналогично вязкости. Она не регламентируется техническими условиями и принимается равной 0,82–0,86 г/см3.

Фракционный состав дизельных топлив оценивается температурой конца кипения: летнее – 360 °С, зимнее – 340 °С, арктическое – 330 °С.

Пусковые качества дизельного топлива в отличие от бензина могут быть оценены по температуре перегонки t50% , а также по

цетановому числу. На рис. 1.1 показано ориентировочное время, требуемое для проворачивания коленчатого вала дизельного двигателя при пуске, в зависимости от значения температуры перегонки 50 % топлива.

11

ухудшается, снижается мощность и ухудшается экономичность двигателя.

Для обеспечения нормального процесса горения необходимо применять топливо, имеющее оптимальный период задержки воспламенения. Воспламеняемость топлива оценивается цетановым числом. Численно цетановое число дизельного топлива равно процентному содержанию (по объему) цетана в смеси с альфаметилнафталином, которая по характеру сгорания (самовоспламенения) равноценна испытываемому топливу. Цетановое число определяют тремя методами: по критической степени сжатия, запаздыванию самовоспламенения и по совпадению вспышек.

Дизельные топлива должны иметь цетановые числа в пределах 45–50 зимой и 40–45 летом. Цетановое число определяет пусковые свойства топлив, незначительно различающихся по фракционному составу.

При эксплуатации дизельных двигателей большое значение имеет установление оптимального угла опережения впрыска топлива. При большом угле опережения топливо подается в недостаточно нагретый воздух, что увеличивает период задержки воспламенения и жесткость работы. Топливо при этом может сгорать до верхней мертвой точки, что ведет к снижению мощности, так как создается противодавление. При запаздывании впрыска значительная часть топлива сгорает на линии расширения, что также вызывает снижение мощности (неполное сгорание топлива, а также уменьшение КПД двигателя).

Нагарообразование в дизельных двигателях ведет к их перегреву, закоксовыванию форсунок, ухудшению распыливания топлива. Повышенному накоплению нагара способствуют неполнота сгорания топлива, наличие в топливе высокомолекулярных сложных веществ и механических примесей. На накопление смолистых веществ существенно влияет стабильность топлива. Показатели качества дизельного топлива, влияющие на нагарообразование и нормируемые ГОСТом, следующие: коксуемость, содержание смол, золы, механических примесей и соединений серы. Сера, содержащаяся в топливе, влияет не только на массу образующегося нагара, но и на его свойства. Сернистые соединения, накапливаясь в нагаре, повышают его плотность.

Коррозионные свойства дизельных топлив обусловливаются содержанием сернистых соединений, водорастворимых кислот и ще-

13

лочи, а также воды. На личие в топливе сернистых соединений проверяют полированной пластинкой из электролитической меди размером 10×25 мм. Эту пластинку опускают в фарфоровую чашечку с топливом, которую помещают в сушильный шкаф с температурой 50 °С и выдерживают в нем 2 –3 ч. Появление на пластинке темно-ко- ричневых, серых или черных налетов указывает на наличие в топливе активных сернистых соединений.

Коррозию деталей вызывают в основном сернистые соединения. Особенно сильно жидкостная коррозия проявляется в холодное время года при пусковых режимах. Повышение содержания серы в топливе с 0,2 до 0,5 % увеличивает износ цилиндропоршневой группы на 25–30 %, до 1 % – в 2 раза. Для снижения сернистой коррозии в топливо добавляют присадки. Наиболее распространенная – нафтенат цинка, который добавляют в топливо в количестве 0,25–0,30 % от его массы.

Каждый сорт дизельного топлива выпускается с разным содержанием серы. В обозначение дизельного топлива входит процентная доля серы и дополнительно для летнего – температура вспышки, а для зимнего – температура застывания (например, Л-0,2-40 ГОСТ 305-82 – летнее топливо с содержанием серы 0,2 % и температурой вспышки не менее 40 °С; 3−0,5 минус 35 ГОСТ 305-82 – зимнее топливо с содержанием серы 0,5 % и температурой застывания не выше – 35 °С; А-0,2 ГОСТ 305-82 – арктическое топливо с содержанием серы 0,2 %). Высококачественное дизельное топливо содержит меньше серы (0,15 %) и имеет лучший фракционный состав.

Выбор марки дизельного топлива зависит только от климатических условий и качества используемого масла. Применение дизельных топлив в различных климатических условиях регламентируется их низкотемпературными показателями. Так, топливо марки Л можно при менять только при положительных температурах, зимнее (З) – от –20 °С (или –30 °С при температуре помутнения –45 °С) и выше, арктическое (А) – от –50 °С.

Дизельное топливо с содержанием серы до 0,2 % может применяться без ограничений по составу моторного масла. При наличии в топливе более 0,2 % серы необходимо применять моторное масло с присадками, повышающими его щелочные свойства и уменьшающими коррозию деталей продуктами сгорания сернистых соединений.

14

При отсутствии зимнего дизельного топлива можно применять летнее с добавлением не менее 30 % керосина при температуре

–10 °С и до 50 % при температуре −20 °С. С понижением температуры от 20 °С до –20 °С вязкость летнего топлива увеличивается в 10 раз, а зимних – в 5 раз. Это следует учитывать при выборе топлива, так как вязкость является одним из основных факторов, характеризующих его эксплуатационные свойства в зимнее время.

Для использования летнего дизельного топлива при отрицательных температурах добавляют депрессорные присадки. Такое топливо маркируют ДЗп по ТУ38.101889 и используют в зимний период при температуре до –15 °С.

Всоответствии с ТУ 38.1011348-89 выпускают экологически чистое дизельное топливо. Технические условия предусматривают выпуск двух марок летнего топлива (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной марки зимнего (ДЗЭЧ) с содержанием серы не более 0,1 %.

Национальный стандарт Российской Федерации «Топливо дизельное ЕВРО» и ГОСТ 52368-2005 предъявляют более жесткие требования к содержанию в топливах примесей, в том числе серы.

Вусловном обозначении топлива указывают его сорт (А, В, С, D, Е, F) в зависимости от значений предельной температуры фильтруемости, класс и вид топлива в зависимости от содержания серы.

По физико-химическим и эксплуатационным показателям топливо должно соответствовать требованиям, указанным в табл. 1.1.

15

Работоспособность технологического оборудования с бензиновыми двигателями обеспечивается использованием бензинов различных марок. Основными марками бензинов, вырабатываемых в России, являются А-80, А-92, АИ-91, АИ-93, АИ-95 и АИ-95 «Экстра».

Бензины АИ-91, АИ-93 и АИ -95 изготавливаются зимнего и летнего видов. Применение того или иного сорта бензина определяется конструктивными особенностями двигателей, а также условиями, в которых они эксплуатируются.

Переход на производство неэтилированных бензинов позволил заменить выпуск бензинов А-76 (АИ-80) на производство неэтилированных бензинов с ОЧИ 91 и выше.

Плотность бензина определяется его химическим составом, молекулярной массой и температурой: хотя она для бензинов не нормируется, ее необходимо точно знать при расчете дозирующих систем приборов питания и пересчете объемных единиц в массовые, и наоборот, для определения расхода топлива. Плотность бензинов при температуре 20 °С составляет от 0,700 до 0,755 г/см3, с понижением температуры на каждые 10 °С она возрастает только на 1 %.

Вязкость бензинов при 20 °С изменяется в пределах от 0,5 до 0,7 мм2/с, а с понижением температуры повышается примерно в 10 раз быстрее, чем плотность.

На процесс распыливания кроме вязкости топлива оказывает большое влияние его поверхностное натяжение, которое определяется работой, необходимой для образования 1 м2 поверхности жидкости (то есть для перемещения молекул жидкости из ее объема в поверхностный слой площадью в 1 м2), и выражается в Н/м. Поверхностное натяжение всех автомобильных бензинов одинаково и при 20 °С составляет 20–24 мН/м, что в 3,5 раза меньше, чем у воды.

По ГОСТ Р51105-97 выпускается четыре вида бензинов: Нормаль 80, Регуляр 92, Премиум 95, Супер 98. В прил. 2 приведены основные физико-химические свойства и эксплуатационные показатели бензинов.

В зависимости от климатического района применения по ГОСТ 16350 автомобильные бензины подразделяют на пять классов:

1– для района II9 с 1 апреля по 1 октября;

2– для районов II4 и II5 с 1 апреля по 1 октября;

3– для районов I1 и I2 с 1 апреля по 1 октября и для района II9 с

1октября по 1 апреля;

4– для районов II4 и II5 с 1 октября по 1 апреля;

16

5 – для районов I1 и I2 с 1 октября по 1 апреля.

Испаряемость автомобильных бензинов и их фракционный состав. Важнейшие эксплуатационные свойства топлив связаны с их фракционным составом. Так, от фракционного состава бензина зависит пуск двигателя и время, затрачиваемое на его прогрев; перебои в работе двигателя, вызываемые образованием паровых пробок или обледенением карбюратора; приемистость двигателя; расход топлива и масла; мощность двигателя; образование углеродистых отложений, а также в определенной степени износ трущихся деталей.

Фракционный состав оказывает большое влияние и на полноту сгорания бензина: с увеличением в нем высококипящих фракций полнота сгорания заметно снижается.

Для характеристики фракционного состава указываются температуры, при которых перегоняется 10, 50 и 90 % бензина, а также температуры начала и конца его перегонки. Кроме того, ограничивается количество бензина, которое не перегоняется (остаток), и количество бензина, которое улетучивается в процессе перегонки.

Связь между фракционным составом бензина и работой двигателя можно определить с помощью номограмм, приведенных в прил. 3.

По температуре перегонки 10 % бензина (t10%) судят о нали-

чии в нем головных (пусковых) фракций, от которых зависит легкость пуска холодного двигателя. Чем ниже эта температура, тем легче и быстрее можно пустить холодный двигатель, так как большое количество бензина будет попадать в цилиндры в паровой фазе.

Интенсивность прогрева двигателя, устойчивость работы на малой частоте вращения коленчатого вала и приемистость (интенсивность разгона при полностью открытом дросселе) зависят главным образом от температуры перегонки 50 % бензина (t50%). Чем ниже эта температура, тем легче испаряются средние фракции бензина, обеспечивая поступление в непрогретый еще двигатель горючей смеси необходимого состава, устойчивую работу на малой частоте вращения коленчатого вала двигателя и хорошую приемистость.

По температуре перегонки 90 % (t90%) и температуре конца перегонки (кипения) судят о наличии в бензине тяжелых трудноиспаряемых фракций, интенсивности и полноте сгорания рабочей смеси и мощности, развиваемой двигателем. Для обеспечения испарения

17

всего бензина, поступающего в цилиндры двигателя, эти темпера-

туры должны быть как можно более низкими.

Низкозамерзающие охлаждающие жидкости представляют со-

бой смесь этиленгликоля, дистиллированной воды и различных присадок. Зависимость плотности и температуры загустения от соотношения воды и этиленгликоля в охлаждающей жидкости приведена в прил. 4.

К внешним признакам низкозамерзающих охлаждающих жидкостей, которые позволяют судить об их качестве, относятся: цвет, прозрачность, наличие механических примесей и нефтепродуктов. Кондиционные охлаждающие низкозамерзающие жидкости имеют соответствующий цвет (табл. 1.2) и за счет частично не растворенного в них декстрина не прозрачны («слегка» мутны).

Таблица 1.2

Основные показатели качества охлаждающих жидкостей

На предприятиях и в организациях строительной отрасли в большинстве случаев отсутствуют лаборатории, соответственно выбор ГСМ и охлаждающей жидкости в зимнее время и оценка их показателей качества осуществляется эксплуатационными методами, а также с

18

использованием доступного оборудования, не требующего высокой квалификации от должностных лиц.

1.4.2. Определение температуры помутнения образцов дизельного топлива

1.Налить три образца дизельного топлива в три пробирки.

2.Опустить поочередно пробирки с испытуемыми образцами дизельного топлива в сосуд с охлаждающей смесью. Уровень охлаждающей смеси должен быть на 30–40 мм выше уровня дизельного топлива в пробирке.

3.При помутнении испытуемых образцов дизельного топлива пробирки вынимаются из сосуда с охлаждающей жидкостью и замеряется их температура.

1.4.3.Определение цетанового числа и температуры застывания дизельных топлив с использованием октанометра Shatox SX-100M

1.Открыть крышку транспортной тары прибора. Подготовить прибор к работе.

2.Мерным стаканом набрать 75–100 мл испытуемого дизельного топлива и наполнить датчик до риски.

3.Оценить значение цетанового числа и температуру застывания, появившиеся на индикаторе электронного блока.

Вылить дизельное топливо в стакан, протереть датчик ветошью внутри.

1.4.4. Определение активных сернистых соединений в топливе (проба на медную пластинку)

1.Медную пластинку полируют до блеска.

2.Отполированную пластинку помещают в пробирку. Заливают

впробирку испытуемое топливо так, чтобы оно закрыло пластинку, и помещают в гнездо водяной бани.

3.При ускоренном способе испытания пробирку с испытуемым топливом выдерживают в кипящей воде 18 мин.

4.По окончании испытания пластинку вынимают и осматривают, а топливо выливают в ту же емкость, из которой наполнялась пробирка.

19

Появление на пластине пятен или налетов черного, бурого, темно-коричневого цвета или черных точек является признаком наличия в топливе свободной серы или активных сернистых соединений. В таких случаях топливо считается не выдержавшим испытания и бракуется. При всех других изменениях или при отсутствии изменений цвета пластинки топливо считается выдержавшим испытание.

1.4.5. Сравнительный анализ качества образцов дизельных топлив, предназначенных для использования в зимнее время,

с требованиями стандарта

Установив марку топлива, данные анализа по всем показателям качества сравнивают с требованиями ГОСТа. Для этого полученные результаты заносят в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Показатели качества дизельного топлива (ГОСТ 305-82)

20

1.4.6. Сравнительный анализ качества образцов низкозамерзающих охлаждающих жидкостей

Провести оценку качества образцов низкозамерзающих охлаждающих жидкостей. Результаты записать в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Сравнительный анализ качества образцов низкозамерзающих охлаждающих жидкостей

Оценка эксплуатационных свойств дизельных топлив осуществляется в соответствии с рекомендациями, приведенными в прил. 5.

Контрольные вопросы

1.Каким образом изменение показателей качества дизельных топлив влияет на работоспособность двигателя машины?

2.Каковы основные требования к топливу для холодного климата в соответствии с требованиями ГОСТ 52368-2005?

3.Каков порядок оценки эксплуатационных свойств дизельного топлива?

4.Каким образом по характеру примесей в низкозамерзающей охлаждающей жидкости можно судить о нарушении правил эксплуатации двигателя в зимнее время?

21