книги из ГПНТБ / Гаркави, Н. Г. Эксплуатация средств технического вооружения железнодорожных и дорожных войск учебник

сплавы (чугун, сталь) они действуют слабее. Продукты корро­ зии— мыла являются катализаторами окисления бензинов и та­ ким образом способствуют ухудшению их качества. Содержание органических кислот характеризуется кислотностью топлив, кото­ рая измеряется количеством миллиграммов едкого кали (КОН), пошедшего на нейтрализацию кислот, содержащихся в 100 мл про­ дукта. Кислотность автобензинов не должна превышать 3 мг КОН на 100 мл.

Все сернистые соединения, содержащиеся в топливе, условна подразделяются на: активные (сера, сероводород, меркаптаны) и неактивные (сульфиды, дисульфиды, тиофаны и тиофены).

Активные сернистые соединения вызывают коррозию резервуа­ ров, средств перекачки, топливных баков, деталей топливной си­ стемы машины даже при обычной температуре. Больше всего из активных сернистых соединений в бензинах содержится меркап­ танов, которые сильно коррозируют металлы, особенно в присут­ ствии воды. Качественно наличие активных сернистых соединений в бензине обнаруживается путем испытания на медной пла­ стинке.

Неактивные сернистые соединения при обычных температурах металлы не коррозируют.

При сгорании всех сернистых соединений образуются сернис­ тые газы (SO2 и SO3), которые при высоких температурах вызы­ вают коррозию черных металлов (газовую коррозию). При рас­ творении в воде этих газов образуются сернистая и серная кислоты (H2SO3 и H2SO4), являющиеся сильными коррозионными веще­ ствами (кислотная коррозия). Она наблюдается в картере двига­ теля, в глушителе и на других участках, где возможна конденса­ ция воды, образующейся при сгорании топлива. Поэтому общее (суммарное) содержание сернистых соединений в топливе, выра­ жаемое через содержание серы в %, ограничивается. Содержание серы определяется сжиганием навески бензина в лампе. В авто­ мобильных бензинах содержание серы в зависимости от их мар­ ки не должно быть более 0,1—0,15%.

Одной из характерных особенностей этилированных бензинов является их способность коррозировать металлы в присутствии воды. Причиной коррозии является действие выносителя. Так, на­ пример, бромистый этил (С2Н5ВГ) вступает во взаимодействие с водой и образует бромистоводородную кислоту (НВг), которая разъедает металл.

Продукты сгорания этилированного бензина также вызывают большую коррозию, чем неэтилированного. Эго объясняется тем, что при разложении выносителя выделяются НВг или НС1, кото­ рые в газообразном состоянии коррозируют металлы (горячая га­ зовая коррозия). При контакте с влагой эти газы растворяются в ней, образуют соляную и бромистоводородную кислоты (кислот­ ная коррозия). Вода сама может вызвать коррозию и способетву-

290

ет коррозии сернистыми соединениями, выносителем ТЭС, а так­ же продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, находящих­ ся в топливах.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И СОРТА БЕНЗИНОВ

Бензины используются в качестве топлива для поршневых дви­ гателей с искровым зажиганием. Двигатели этого типа устанавли­ ваются на автомобилях, бронетранспортерах, тракторах, дорожноэксплуатационных машинах и других видах техники Вооружен­ ных Сил.

Нефтяной промышленностью нашей страны выпускаются два сорта бензинов: автомобильные и авиационные. Автомобильные бензины являются одним из массовых видов горючего, их произ­ водство в десятки раз превышает выпуск авиационных бензинов. Автобензины выпускают следующих марок: А-66, А-72, А-76, АИ-93 и АИ-98. Для первых трех марок октановое число в стандартах нор­ мируется по моторному методу, а для остальных — по исследова­ тельскому.

Все марки автобензинов, кроме АИ-98, подразделяются на лет­ ний и зимний виды. Летние бензины предназначены для примене­ ния во всех районах нашей страны, кроме северных и северо-во­ сточных в летний период эксплуатации, а в южных— всесезонно. Зимние бензины используются в течение круглого года при экс­ плуатации техники в северных и восточных районах и в зимний период в средней климатической зоне.

Автомобильные бензины готовят путем смешения бензиновых фракций прямой перегонки, каталитического крекинга и рифор­ минга с добавлением фракций термического крекинга, полимербензина и газового бензина и добавкой высокооктановых компо­ нентов (алкилата, толуола и пиробензола), антидетонаторов и антиокислительных присадок.

Автобензин А-66 получают путем компандирования низкоокта­ новых бензиновых фракций прямой перегонки и термического кре­ кинга. Этилированный бензин имеет оранжевую окраску. Бензин А-66 применяют для двигателей автомобилей старых моделей

(ГАЗ-51, 63, ЗИЛ-150, 151 и др.).

Автобензин А-72 — неэтилированный, бесцветный, готовят на базе бензиновых фракций каталитического крекинга с добавле­ нием бензина прямой перегонки. Он предназначен для двигателей автомобилей ГАЗ-21— «Волга», ГАЗ-69, «Москвич-407», УАЗ-451, БТР-152, БРДМ, ГТС и их модификаций, а также для двигателей других машин.

Автобензин А-76 получают в основном путем добавления эти­ ловой жидкости к бензину А-72 из расчета, чтобы содержание эти­ ловой жидкости было не более 0,41 г на 1 кг продукта. Этилиро­ ванный бензин имеет зеленую окраску. Бензин А-76 применяют

Г л а в а IS. ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ

Качество дизельного топлива оказывает большое влияние на надежность и эффективность работы двигателей с воспламенением от сжатия. Влияние это проявляется через эксплуатационные свойства топлива, к важнейшим из которых относятся: прокачиваемость, испаряемость, воспламеняемость и коррозионность.

Прокачиваемость характеризует надежность подачи топлива к двигателю. Она зависит от вязкости, содержания высокоплавкнх высокомолекулярных углеводородов, наличия в топливе воды и

механических примесей.

Повышенная вязкость создает большое сопротивление прохож­ дению топлива через фильтры, трубопроводы, отверстия распыли­ телей форсунок и может привести к нарушению непрерывности его подачи. Это может происходить при низких температурах ок­ ружающего воздуха. Экспериментальные исследования и практи­ ка применения дизельных топлив показали, что их вязкость силь­ но зависит от температуры. Так, при понижении температуры воздуха от + 2 0 до — 2 0 ° С величина вязкости летнего дизельного топлива возрастает в 10, а зимнего — в 5 раз.

Надежная подача топлива в эксплуатационных условиях будет

ки, растет утечка в зазорах деталей топливной системы и снижа­ ется подача топлива. Нижний предел вязкости дизельного топли­ ва при 20° С должен быть 1,5—2,0 сСт.

Причиной ухудшения прокачиваемое™ топлива при низких температурах может явиться выделение из него кристаллов высо­ комолекулярных, в основном, алкановых углеводородов нормаль­ ного строения. Кристаллы находятся в топливе во взвешенном со­ стоянии и вызывают его помутнение. Они забивают фильтры, кра­ ны и другие детали топливной системы машины. Показателем, ха­ рактеризующим прокачиваемость дизельного топлива при низкой температуре, является температура помутнения, т. е. температура, при которой невооруженным глазом наблюдается появление в топ­ ливе кристаллов. При дальнейшем охлаждении микрокристаллы укрупняются и, распространяясь по всему объему топлива, обра­ зуют кристаллический каркас, вследствие чего топливо теряет по­ движность.

Косвенной характеристикой потерн подвижности дизельного топлива является температура застывания, при которой топливо теряет подвижность во время испытаний в стандартных условиях.

Оценку прокачиваемое™ топлив производят также на уста­ новках, моделирующих топливную систему машины.

2 9 3

Вода и механические примеси, содержащиеся в топливе, могут вызвать нарушения в подаче его к двигателю или при сливе — на­ ливе. Вода в дизельном топливе может находиться или в виде эмульсии, или в растворенном состоянии. Особенно большие за­ труднения в прокачке топлива вызывает растворенная вода. При понижении температуры она выделяется пз топлива в виде мель­ чайших частиц (микрокристаллов льда), которые укрупняются и засоряют фильтры, топливопроводы, краны и другие участки топ­ ливной системы машины и средств перекачки. Содержание раство­ ренной воды в топливе зависит от его группового углеводородного состава, температуры и влажности воздуха. При повышении тем­ пературы и влажности воздуха, увеличении концентрации в топ­ ливе ароматических углеводородов количество растворенной воды е нем возрастает. В зависимости от содержания ароматических углеводородов и влажности воздуха количество растворенной во­ ды в дизельном топливе при 20° С может быть в пределах от 0,001

до 0,005 %.

Механические примеси засоряют топливную аппаратуру и вы­ зывают повышенный износ гильз и плунжеров насосов и распыли­ телей форсунок, а также способствуют увеличению отложения на­ гара на деталях двигателя.

Для улучшения прокачиваемости дизельных топлив при низких температурах на нефтеперерабатывающих заводах производят их депарафинизацию и добавление депрессаторов, а е частях и под­ разделениях— тщательное удаление воды и механических приме­ сей, а иногда разбавление дизельного топлива нпзкозастывающпм керосином.

Из депрессаторов к дизельным топливам в нашей стране до­ бавляют депрессатор АзНИИ, понижающий температуру засты­ вания топлив на 7—14° С при концентрации его 0,5%.

ИСПАРЯЕМОСТЬ

Эффективность процесса испарения и сгорания топлива в Дви­ гателе с воспламенением от сжатия в большой степени зависит от качества его распыливания. При весьма ограниченном времени протекания процесса смесеобразования сравнительно полное испа­ рение топлива в дизеле может быть достигнуто лишь при хорошем распыливании. Наряду с высокой степенью (тонкостью) распыливание должно быть однородным. Степень распыливания характе­ ризуется средним радиусом капли, а однородность — отклонением действительных размеров капель от их средней величины. Чем вы­ ше степень и больше однородность распыливания, тем полнее ис­ паряется топливо в двигателе.

Качество распыливания зависит от многих факторов, важней­ шими из которых являются: скорость истечения струи топлива, со­ противление газовой среды и свойства топлива.

294

Важнейшей константой топлива, влияющей на его распилива­ ние, является вязкость. При повышенной вязкости понижается степень и однородность распиливания, а при малой—ухудшается смешение топлива с воздухом. Опыт применения дизельного топ­ лива показывает, что если его вязкость при 20° С находится в пре­ делах 2— 8 сСт, то обеспечивается хорошее распиливание, испаре­ ние и смесеобразование.

Кроме вязкости, на процесс распиливания и смесеобразования влияет поверхностное натяжение топлива, при увеличении кото­ рого качество распиливания ухудшается.

Поверхностное натяжение топлива зависит от его химического и фракционного состава. Оно возрастает при повышении содержа­ ния ароматических углеводородов и смолистых веществ в топливе,

атакже при утяжелении его фракционного состава.

Вотличие от карбюраторных двигателей в дизелях испарение топлива протекает в воздушной среде с высокой температурой. Поэтому для дизелей могут быть использованы топлива более тя­ желого фракционного состава. Однако такие топлива не успевают испариться полностью в камере сгорания даже при высоком ка­ честве распыливания. В то же время топлива легкого фракцион­ ного состава, хотя и испаряются хорошо в двигателе, но имеют плохую воспламеняемость. Следовательно, для быстроходных ди­ зелей наиболее целесообразно применение топлива оптимального фракционного состава, при ко­ тором обеспечивается его хо­ рошее испарение и воспламе­ нение.

Практикой эксплуатации и исследованиями установлено, что дизельное топливо в зави­ симости от вида должно иметь следующие пределы выкипа­

ния: арктическое — 150— 330° С, зимнее — 150-340° С, летнее — 150—360° С.

ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ

295

момент воспламенения рабочей смеси (точка 2). Длительность

окисления. Продолжительность первой фазы оказывает очень большое влияние на развитие всего процесса горения.

Вторая фаза начинается с момента повышения давления газов в цилиндре, вследствие воспламенения рабочей смеси (точка 2), и заканчивается в тот момент, когда давление начинает расти мед­ ленно (точка 3). В течение второй фазы происходит подготовка и горение как ранее поступившего топлива, так и топлива, продол­ жающего поступать в камеру сгорания. Длительность второй фа­ зы и величина давления газов зависят от количества поступившего топлива, периода задержки воспламенения, давления и темпера­ туры сжатого воздуха, качества распыливания и смесеобразования.

Процесс горения топлива во зторой фазе принято характеризо­

ление в цилиндре в течение этой фазы изменяется плавно, так как топливо поступает в газовую среду с высокой температурой и по­ этому воспламеняется с небольшим периодом задержки и быстро сгорает.

При нормальном горении топлива в дизеле скорость нараста­ ния давления не превышает определенной для данной конструк­ ции двигателя величины; он работает плавно, без стуков. При низ­ ких температурах окружающего воздуха, использовании плохо воспламеняющегося топлива, работа дизеля сопровождается рез­ кими стуками. Это явление получило название — «жесткая ра­ бота».

При жесткой работе резко увеличивается скорость нарастания давления, что приводит к увеличению силовых нагрузок на основ­ ные детали цилиндро-поршневой группы и шатуны. Жесткая ра­ бота приводит к нарушению нормальных условий эксплуатации двигателя и может вызвать поломку деталей и выход его из строя. Если средняя скорость нарастания давления в дизеле не превы­

Большое влияние на жесткость работы оказывает воспламе­ няемость топлива, характеризуемая периодом задержки воспламе­ нения. Чем больше этот период, тем более жесткая работа наблю­ дается в двигателе. Это обусловливается тем, что увеличивается количество топлива, накапливающегося в камере сгорания и, сле­ довательно, участвующего в сгорании после воспламенения. П-рн этом растет количество промежуточных продуктов окисления (пе­

296

рекисей, активных радикалов), которые при воспламенении вызы­ вают резкое нарастание давления.

Период задержки воспламенения и жесткость работы дизеля в большой степени зависят от химического и фракционного со­ става топлива. Топлива, которые при подготовке к горению бы­ стро образуют активные продукты окисления (перекиси, радика­ лы), будут иметь меньший период задержки воспламенения и обеспечивают более плавную работу дизеля. Лучшей воспламеняе­ мостью обладают алкановые углеводороды нормального строения, легко окисляющиеся в паровой фазе при высоких температурах и образующие большое количество перекисей. При увеличении мо­ лекулярной массы этих углеводородов воспламеняемость их улуч­ шается. Однако высокомолекулярные алканы нормального строе­ ния имеют высокие температуры кристаллизации и поэтому содер­ жание их в дизельных топливах ограничено.

Самой плохой воспламеняемостью в дизелях отличаются аро­ матические углеводороды, имеющие высокие температуры воспла­ менения и довольно хорошую устойчивость против окисления кис­ лородом воздуха. Циклановые углеводороды по воспламеняемости занимают промежуточное положение.

Воспламеняемость дизельных топлив, являющихся сложными смесями, зависит от содержания в них углеводородов различных классов и их строения.

Топлива легкого фракционного состава воспламеняются в ди­ зеле хуже, чем тяжелые, в которых содержится больше высоко­ молекулярных алкановых углеводородов.

Чем лучше воспламеняемость топлива, тем меньше период за­ держки воспламенения, легче пуск двигателя и регулировка про­ цесса сгорания. Однако топлива, имеющие очень высокую воспла­ меняемость, применять нельзя, так как наблюдается дымление и снижается экономичность двигателя, в основном из-за малой ско­ рости сгорания таких топлив.

Оценка воспламеняемости дизельных топлив аналогична оцен­ ке детонационной стойкости бензинов. В качестве эталонных топ­ лив приняты два индивидуальных углеводорода: цетан (нормаль­ ный гексадекан) и а-метилнафталин. Воспламеняемость первого принята за 100 единиц, а второго за 0 (нуль).

Воспламеняемость дизельных топлив выражают в цетановых числах. Цетановым числом дизельного топлива называется пока­ затель его воспламеняемости, численно равный процентному (по объему) содержанию цетана в смеси с а -метилнафталином, кото­ рая по воспламеняемости равноценна испытуемому топливу. Опре­ деление цетановых чисел производится на моторных установках тремя методами: критических степеней сжатия, запаздывания вос­ пламенения и совпадения вспышек. В СССР цетановые числа ди­ зельных топлив определяют по методу совпадения вспышек на установках ИТ-9-3 и ИТ-9-Зм.

2 9 7

В спецификациях на некоторые сорта иностранного дизельного топлива в качестве показателя, характеризующего его воспламе­ няемость, указывается дизельный индекс. Он выражает зависи­ мость между химическим составом топлива и его воспламеняе­ мостью.

Чем меньше в топливе содержится ароматических и чем боль­ ше алкановых углеводородов, тем выше его дизельный индекс и лучше воспламеняемость.

Для обеспечения нормальной работы быстроходных дизелей требуется топливо с цетановым числом летом около 45, зимой — 50, а для арктических условий—55. Дизельное топливо, удовле­ творяющее требованиям по вязкостным свойствам и испаряемости на зимние сорта, как правило, имеет цетановое число не более 40. В связи с этим возникает необходимость улучшения его воспла­ меняемости, которое может быть достигнуто добавлением высоко­ цетановых компонентов или специальных присадок. В качестве высокоцетановых компонентов могут быть использованы фракция

= 55—60. Эти продукты добавляют к дизельным топливам в коли­ честве 15—20%.

Введением присадок удается значительно повысить цетановое число. К таким присадкам относятся перекиси углеводородов и

масштабах. В дальнейшем, в связи с форсированием дизелей, они будут использоваться шире.

КОРРОЗИОННОСТЬ

Коррозионность дизельного топлива обусловливается в основ­ ном теми же причинами, что и бензинов. В дизельном топливе, как и в бензинах, не допускаются водорастворимые кислоты и щелочи

298

и ограничивается содержание сернистых соединений и органиче­ ских кислот. Наличие органических кислот в топливе нормируется таким показателем как кислотность. Она не должна превышать 5 мг КОН на 100 мл.

Наибольшую опасность в отношении коррозии металлов в ди­ зельном топливе представляют сернистые соединения и вода.

Всвязи с увеличением производства нефтепродуктов из сернис­ тых нефтей для двигателей применяют дизельное топливо с повы­ шенным содержанием серы (S = 0,5—1,0%). Наряду с общим со­ держанием сернистых соединений в дизельном топливе ограничи­ вается наличие меркаптанов. При большом количестве их в топ­ ливе сильно увеличивается коррозионный износ прецизионных пар топливных насосов и деталей форсунок.

Вслучае применения сернистых дизельных топлив в двигате­ лях особенно сильному коррозионному воздействию подвержены вкладыши подшипников, изготовленные из свинцовистой бронзы. Повышается также износ и деталей цилиндро-поршневой группы. Исследованиями установлено, что при повышении содержания се­

ры в топливе с 0,2 до 1 ,0 % износ деталей двигателя возрастает в 1,5—2,0 раза.

Механизм коррозии металлов под действием продуктов сгора­ ния сернистого дизельного топлива такой же, как и при сгорании бензинов.

Следует иметь в виду, что при большой концентрации сернис­ тых газов в продуктах сгорания топлив температура конденсации водяных паров (точка росы) повышается иногда до 130° С.

Коррозионное действие сернистых топлив на двигатели можно значительно уменьшить при эксплуатации их на маслах с эффек­ тивными антикоррозионными присадками.

Вода усиливает коррозионность дизельного топлива. В ее при­ сутствии возрастает активность меркаптанов, а также продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, находящихся в топливе.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И СОРТА ТОПЛИВА

Дизельное топливо применяют для дизелей и некоторых типов газотурбинных двигателей. Среди энергетических установок дви­ гатели с воспламенением от сжатия имеют большое распростране­ ние. Они устанавливаются на автомобилях, танках, тягачах, трак­ торах, дорожно-эксплуатационных машинах, кораблях и других видах военной техники.

Объем производства дизельного топлива постоянно возрастает

ив последние годы превысил выпуск автомобильного бензина.

Взависимости от типа дизелей и условий их эксплуатации вы­ пускают два сорта топлива:

— дистиллятное, основу которого составляют керосино-газой-

левые фракции прямой перегонки нефти с добавкой продуктов ка­ талитического крекинга;

299