Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

.pdf
Скачиваний:
104
Добавлен:
17.08.2019
Размер:
4.62 Mб
Скачать

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1

2

3

ккал/кг, не менее

10250

10250

Фракционный состав, температура, °С:

 

начало кипения, не ниже

40

40

10 %, не выше

82

82

50 %, не выше

105

105

90 %, не выше

145

145

97,5 %, не выше

180

180

Остаток, %, не более

1,5

1,5

Давление насыщенных паров, кПа (мм рт. ст.)

 

не менее

33,3 (250)

29,3 (220)

не более

45,4 (340)

48 (360)

Кислотность, мгКОН/100

0,3

0,3

мл, не более

 

 

Температура начала кри-

 

 

сталлизации, °С, не выше

-60

-60

Йодноечисло, гI2 г/100 г,

6

2

неболее

 

 

Содержание фактических

4

3

смол, мг/100 мл,не более

 

 

Содержание, %, не более

 

 

серы

0,03

0,03

аренов

35

35

Период стабильности, ч, не

12

12

менее

 

 

Цвет

Желтый

Зеленый

В последние годы в США и западно-европейских странах начали выпускать более экологичные неэтилированные автобензины с ограниченным содержанием суммарной ароматики (менее 25 %), бензола (менее 1 %), олефинов (менее 6,5 %) и серы (менее 0,01 %), так называемые, реформулированные бензины.

Авиационные бензины выпускают двух марок: Б- 91/115 и Б-95/130 (табл. 21.5). Они отличаются от автобен-

зинов главным образом по содержанию ТЭС, давлению насыщенных паров и дополнительными требованиями на некоторые другие показатели их качества.

21.1.8. Альтернативные моторные топлива

Непрерывный рост потребности в жидких моторных топливах и ограниченность ресурсов нефти обуславливают необходимость поисков новых видов топлив, получаемых из ненефтяного сырья. Одним из перспективных направлений является получение моторных топлив из таких альтернативных источников сырья, как уголь, сланец, тяжёлые нефти и природные битумы, торф, биомасса и природный газ. С помощью той или иной технологии они могут быть переработаны в синтетические моторные топлива типа бензина, керосина, дизельного топлива или в кислородсодержащие углеводороды — спирты, эфиры, кетоны, альдегиды, которые могут стать заменителем нефтяного топлива или служить в качестве добавок, улучшающих основные эксплуатационные свойства топлив, например, антидетонационные. К настоящему времени разработаны многие технологии производства синтетических моторных топлив. Ведутся исследования по получению моторных топлив из угля (прямым его ожижением или путем предварительной газификации в синтез-газ) в рамках специальной комплексной программы.

Исключительно перспективным является прямое использование природного газа в транспортных и энергетических установках. Появляется все больше автомобилей, рассчитанных на использование газового топлива в сжатом или сжиженном состоянии.

Мировой парк автомобилей, эксплуатируемых в настоящее время на газовых топливах оценивается в 5,0 млн. шт. На автомобилях сжатый природный газ, состоящий преимущественно из метана, хранят и эксплуатируют в баллонах при давлении до 20 МПа. Природный газ облада-

541

542

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ет высокими антидетонационными свойствами (ОЧИМ около 110), что позволяет существенно повысить степень сжатия двигателя и тем самым литровую мощность двигателя, снизить удельный расход топлива.

При работе двигателя на сжатом природном газе (СПГ) межремонтный пробег в 2 раза выше, чем на бензине, и существенно меньше расход масла. Недостатком СПГ является необходимость использования специальных толстостенных баллонов. Сжиженные нефтяные газы (СНГ), содержащие преимущественно пропан и бутан, в качестве автомобильных топлив имеют ряд преимуществ перед сжатыми газами, и поэтому в настоящее время находят более широкое применение. СНГ — качественное углеводородное топливо с высокими антидетонационными свойствами (ОЧИМ около 110), широкими пределами воспламенения, хорошо перемешивается с воздухом и практически полностью сгорает в цилиндрах. В результате автомобиль на СНГ имеет в 4-5 раз меньшую токсичность в сравнении с бензиновым. При работе на СНГ полностью исключается конденсация паров топлива в цилиндрах двигателя, в результате не происходит сжижения картерной смазки. Образование нагара крайне незначительно. К недостаткам СНГ следует отнести высокую их летучесть и большуювзрывоопасность.

В связи с удорожанием нефти и ограничением применения ТЭС в последние годы во многих странах мира наметилась тенденция к возрастающему использованию кислородсодержащих соединений в товарных высокооктановых автобензинах. Среди них достаточно широкое применение находят метиловый (МС), этиловый (ЭС) и третбутиловый (ТБС) спирты и, особенно, метилтретбутиловый эфир (МТБЭ), обладающие (табл.21.4) высокими октановыми числами, низкими температурами кипения, что позволяет повысить ОЧ головных фракций и тем самым улучшить коэффициент распределения ДС, а также достаточно высокой теплотой сгорания. Из спиртов наиболее широкими сырьевыми ресурсами обладает метанол. Его

можно производить из газа, угля, древесины, биомассы и различного рода отходов. Безводный метанол хорошо смешивается с бензином в любых соотношениях, однако малейшее попадание воды вызывает расслаивание смеси. У метанола ниже теплота сгорания, чем у бензина, он более токсичен. Тем не менее, метанол рассматривают как топливо будущего. Ведутся также исследования по непрямому использованию метанола в качестве моторных топлив. Так, разработаны процессы получения бензина из метанола на цеолитах типа ZSM.

Среди кислородсодержащих высокооктановых компонентов наиболее перспективными и ныне широко применяемыми оксигенатами в составе зарубежных автобензинов являются эфиры. Обладая высокими антидетонационными свойствами, они хорошо смешиваются с бензинами, практически не вызывают коррозии и не требуют переделок в системах питания автомобилей. Они имеют меньшую плотность, соизмеримую с углеводородами теплоту испарения, преимущественно повышают детонационную стойкость головных фракций автобензинов. Среди эфиров по ресурсам производства наиболее перспективным является метилтретбутиловый эфир (МТБЭ). На основании положительных государственных испытаний в России разрешено производство и применение автобензинов с содержанием МТБЭ до 11 % масс.

543

544

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Глава22

ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА

В настоящее время на автомобильном, железнодорожном, морском транспорте, на электростанциях, в сельском хозяйстве (тракторы), в военном деле большое распространение получили двигатели Дизеля — дизельные двигатели. Они являются разновидностью двигателей внутреннего сгорания.

Рис. 22.1. Общий вид и составные части двигателя:

1 -масляный насос; 2-водяной насос; 3 -топливоподкачивающий насос; 4 -крышка центрального подвода смазки; 5 -воздухорас- пределитель; 6-пусковой клапан; 7-топливный фильтр тонкой очистки; 8 -топливный насос; 9 -форсунка; 10 -крышка головки блока

В дизельных двигателях тепловая энергия преобразуется в механическую посредством передачи на поршень работы расширения газообразных продуктов сгорания топлива с участием кислорода воздуха. На коленчатом валу двигателя поступательно-вращательное движение поршня

преобразуется при помощи кривошипно-шатунного механизма во вращательное. Создаваемый коленчатым валом крутящий момент совершает полезную работу, преодолевая сопротивление внешней нагрузки. Рабочий цикл складывается из процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя.

Вдизельных двигателях, в отличие от карбюраторных,

вкамере сгорания впрыскиваемое жидкое топливо самовоспламеняется вследствие достаточно высокой температуры в конце предшествующего цикла сжатия. Дизельные двигатели классифицируют по средней скорости хода поршня. К тихоходным относятся двигатели со средней скоростью поршня менее 6,5 м/сек, к быстроходным — более 6,5 м/сек. Мощность современных дизельных двигателей может превышать 10 000 л/с. Известны серийные судовые двигатели, у которых цилиндровая мощность достигает 2000-2500 л. с. Наименьшая встречающаяся цилиндровая мощность 2-5 л. с.

Наиболее мощные дизельные двигатели характеризуются большими габаритами и низким числом оборотов (до 100 об/мин). Маломощные двигатели наиболее высокооборотные (до 3000 об/мин). В современных дизельных двигателях степень сжатия находится в пределах 12-20. Средний расход топлива составляет 160-200 г/(л.с.ч). Дизельные двигатели отличаются высоким моторесурсом.

Дизельные топлива подразделяются в зависимости от скорости, развиваемой двигателем: для скорости с числом оборотов колеса более 1000 в минуту, то есть для быстроходных двигателей применяют керосино-газойлевые фракции, при числе оборотов колеса от 600 до 1000 в минуту применяются соляровые фракции, менее 600 оборотов колеса в минуту применяется мазут.

К числу основных свойств, определяющих качество сгорания дизельных топлив, относятся: температура самовоспламенения и индукционный период самовоспламенения; фракционный состав; вязкость, температуры застывания и помутнения; коррозионная активность; пожароопас-

545

546

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ность; фильтруемость.

Температура самовоспламенения. Этот показатель играет существенную роль в оценке качества дизельных топлив. Для воспламенения топлива без искусственного зажигания необходимо, чтобы температура, при которой самовоспламеняется распыленное топливо, была ниже температуры, развивающейся при сжатии воздуха, в цилиндре двигателя, т. е. ниже 500-550 ° С.

Температура самовоспламенения топлива зависит от его состава и особенно от сгорания входящих в него углеводородов. Топлива, имеющие слишком высокую температуру самовоспламенения, не пригодны для дизельных двигателей. Чем более ароматизировано топливо, чем меньше боковых парафиновых цепей содержат ароматические углеводороды и чем короче эти цепи, тем выше температура его самовоспламенения. Поэтому на топливах, содержащих большое количество указанных углеводородов, трудно или даже невозможнозапуститьдвигатель.

Температура самовоспламенения понижается при увеличении концентрации кислорода в воздухе и повышении давления в цилиндре двигателя. В дизельных двигателях давление воздуха при сжатии достигает 35 aтм. Но даже в этих условиях высокоароматизированные топлива могут не воспламеняться.

Индукционный период самовоспламенения. При впрыскивании топлива в камеру сгорания, содержащую сжатый горячий воздух, с момента подачи до его самовоспламенения проходит определенное время. Это время неодинаково для различных топлив. Некоторые топлива воспламеняются немедленно после начала впрыска, другие — через некоторое время. В первом случае по мере поступления в камеру сгорания топливо сразу воспламеняется и сгорает с постоянной скоростью, обусловливая этим равномерное нарастание давления над поршнем. Во втором случае вся масса поступившего в цилиндр топлива воспламеняется одновременно, вызывая этим мгновенное резкое

повышение давления. Это явление в дизелях, по внешним признакам сходное с детонацией в двигателях с искровым зажиганием, называют «жёсткой работой». Оно характеризуется высоким значением максимального давления вспышки и быстрым нарастанием давления по углу поворота коленчатого вала. Чем выше число оборотов двигателя, тем сильнее может влиять на его работу запаздывание самовоспламенения топлива, которое в конечном итоге может привести к догоранию топлива на стадии расширения и резкому снижению мощности и экономичности двигателя.

Индукционный период самовоспламенения зависит от химического состава топлив. Топлива, состоящие из парафиновых, а также из нафтеновых и ароматических углеводородов с длинными парафиновыми цепями, имеют наименьший индукционный период.

Парафинистые топлива сгорают плавно, и при этом не наблюдается больших скоростей взрывной волны. Наоборот, ароматические топлива самовоспламеняются после длительного индукционного периода и сгорают мгновенно с образованием большого количества газов, вызывающих скачкообразные ударные нагрузки на поршень и разрушения деталей двигателя — поломку шатунов, выкрошивание подшипников.

Антидетонационные свойства дизельных топлив можно оценивать по их химическому составу. Кроме того, оценку можно производить путём сравнения сгорания данного топлива и эталонных смесей, составленных из индивидуальных углеводородов.

Эталонными топливами в этом случае могут быть углеводороды парафинового и ароматического рядов. Такими первичными эталонами служат цетан и α-метилнафталин. Сравнивая свойства данного топлива с поведением в двигателе смеси цетана и α-метилнафталина, можно дать характеристику сгорания испытуемого топлива. В связи с тем, что для дизелей наилучшим является парафинистое

547

548

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

топливо, показателем качества служит цетановое число,

то есть процентное содержание цетана в смеси его с α- метилнафталином, равноценной по самовоспламеняемости испытуемому топливу.

Цетановые числа топлив определяют на одноцилиндровом двигателе, оборудованном специальным приспособлением для испытания дизельных топлив.

Наименьшие цетановые числа (наихудшие показали) имеют соляровые фракции из тяжёлых нафтеновых смолистых нефтей, наибольшие — фракции из парафинистых нефтей. Минимальное цетановое число легких дизельных топлив должно быть 45-50.

Так как процесс сгорания дизельных топлив зависит от их химического состава и парафинистые топлива обладают лучшими свойствами, то на основании содержания парафиновых углеводородов можно оценивать качество дизельных топлив. Степень парафинистости нефтяных фракций достаточно хорошо определяется такими показателями, как плотность и анилиновая точка; поэтому для оценки качества дизельных топлив пользуются так называемым дизельным индексом, который вычисляют по следующей эмпирической формуле:

ДИ= taн. ρ/100,

где taн. — анилиновая точка топлива °F (Фаренгейта). 1°F = 9,5°С+32

ρ - плотность топлива.

Дизельныйиндексдляразличныхтопливравенот9 до65. Величины цетанового числа и дизельного индекса важны в основном для характеристики топлива, применяемого в быстроходных дизельных двигателях. Многие тихоходные двигатели хорошо работают на топливах с цетановым чис-

лом 40 и даже ниже.

Процесс сгорания дизельных топлив можно изменить и значительно улучшить путем добавления к ним специальных синтетических веществ. К числу этих веществ относятся органические перекиси (перекиси тетралина и аце-

тила), нитропродукты (циклогексилнитрат, нитропарафины), хлор и хлорпроизводные углеводородов, альдегиды, кетоны и др. Например, добавка к дизельному топливу 1 % перекиси ацетила повышает цетановое число с 42 до 78, а добавка 1,5 % перекиси тетралина — с 42 до 60.

В ГОСТах многих стран мира цетановые числа дизельных топлив нормируются в пределах 40-50. При необходимости повышения ЦЧ товарных дизельных топлив на практике применяют такие специальные присадки, улучшающие воспламеняемость топлив, как алкилнитраты (изопропил-, амилили циклогексилнитраты и их смеси). Их добавляют к топливу не более 1 % масс., преимущественно к зимним и арктическим сортам, а также топливам низкоцетановым, получаемым, например, на базе газойлей каталитического крекинга. Кроме повышения ЦЧ (на 10-12 единиц), присадка позволяет улучшить пусковые характеристики при низкой температуре и уменьшить нагаpoобразование.

Механизм действия цетаноповышающих присадок заключается не в подавлении предпламенных реакций, как в случае антидетонаторов, а наоборот, в их ускорении и способствовании разветвлению окислительных цепей и образованию новых реакционных центров вследствие замены первичной реакции разложения углеводорода топлива более выгодной в энергетическом отношении реакцией раз-

ложения присадки:

. .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RONO

 

 

 

 

 

 

RO + NO

 

 

 

 

 

 

 

.2

 

 

 

 

.

 

2

RH + NO2

 

 

 

 

 

R + HNO2

 

 

 

 

 

HNO2

 

 

 

O2

 

.

 

.

 

 

 

 

HOO + NO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

HO + NO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Радикалы НОО. содействуют накоплению пероксидов, НО. способствуют развитию цепей окисления, a NO2. и NО. принимают участие в возникновении дополнительных центров высокотемпературного воспламенения.

549

550

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Испаряемость дизельных топлив. Характер процес-

тонко распыляться и не полностью сгорать. Поэтому огра-

са сгорания дизельных топлив определяется, кроме их вос-

ничивают как нижний, так и верхний допустимые пределы

пламеняемости и полнотой испарения. Она зависит от тем-

кинематической вязкости при 20 °С (в пределах от 1,5 до 6,0

пературы и турбулентности движения воздуха в цилиндре,

мм2/с).

качества распыливания и испаряемости топлива. С улучше-

Низкотемпературные свойства. В отличие от бензи-

нием качества распыливания и повышением температуры

нов в состав дизельных топлив входят высокомолекуляр-

нагрева воздуха скорость испарения впрыскиваемого топ-

ные парафиновые углеводороды нормального строения,

лива возрастает (однако степень распыливания не должна

имеющие довольно высокие температуры плавления. При

быть чрезмерно высокой, чтобы обеспечить необходимую

понижении температуры эти углеводороды выпадают из

дальнобойность струи). Время, которое отводится на испа-

топлива в виде кристаллов различной формы и топливо

рение, в дизелях примерно в 10-15 раз меньше, чем в кар-

мутнеет. Возникает опасность забивки топливных фильт-

бюраторных двигателях, и составляет 0,6-2,0 м/с. Тем не

ров кристаллами парафинов. Принято считать, что темпе-

менее в дизелях используют более тяжёлые топлива с худ-

ратура помутнения характеризует нижний температурный

шей испаряемостью, поскольку испарение осуществляется

предел возможного применения дизельных топлив. При

при высокой температуре в конце 1 такта сжатия воздуха.

дальнейшем охлаждении помутневшего топлива кристаллы

Испаряемость дизельных топлив оценивается их фрак-

парафинов сращиваются между собой, образуют простран-

ционным составом. Если пусковые свойства автобензинов

ственную решетку и топливо теряет текучесть. Температу-

определялись tн.к.<10 %, то для дизельных топлив они оце-

ра застывания — величина условная и используется для

ниваются t50 %. Чем ниже эта температура, тем легче запуск

ориентировочного определения возможных условий при-

дизеля. Этот показатель нормируется 280 °С для летнего и

менения топлива. Этот показатель принят для маркировки

зимнего сортов и 255 °С для арктических дизельных топлив.

дизельных топлив на следующие три марки: летнее (tзаст.,

Считается, что tн.к.дизельных топлив должна составлять 180-

менее -10 °С), зимнее (tзаст. менее - 35-45 °С) и арктическое

200 °С, поскольку наличие бензиновых фракций ухудшает

(tзаст., менее -55°С). Применимы для улучшения низкотем-

их воспламеняемость и тем самым пусковые свойства, а

пературных свойств дизельных топлив следующие три

также повышает пожароопасность. Нормируемая темпера-

способа:

тура t96 % в пределах 330-360 °С свидетельствует о присут-

1) адсорбционная (цеолитная) или карбамидная депа-

ствии в топливе высококипящих фракций, которые могут

рафинизация;

ухудшить смесеобразование и увеличить дымность отрабо-

2) облегчение фракционного состава путем снижения

тавших газов.

температуры конца кипения топлива;

Вязкость дизельных топлив. Топливо в системе пи-

3) добавление к топливам депрессорных присадок,

тания дизельного двигателя выполняет одновременно и роль

которые эффективно снижают их температуру застывания.

смазочного материала. При недостаточной вязкости топлива

В качестве депрессоров промышленное применение полу-

повышается износ плунжерных пар насоса высокого давле-

чили сополимеры этилена с винилацетатом. Поскольку они

ния и игл форсунок, а также растёт утечка топлива между

практически не влияют на температуру помутнения топ-

плунжером и гильзой насоса. Топливо слишком вязкое бу-

лив, большинство исследователей считает, что депрессор,

дет плохо прокачиваться по системе питания, недостаточно

адсорбируясь на поверхности образующихся кристаллов

551

552

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

парафинов, препятствует их агрегации с формированием объёмного каркаса.

Коррозионная активность характеризует способ-

ность топлива вызывать коррозию деталей двигателя, топливной аппаратуры, топливопроводов, резервуаров и т. д. Она зависит, как и у бензинов, от содержания в топливе коррозионно-агрессивных кислородных и сероорганических соединений: нафтеновых кислот, серы, сероводорода и меркаптанов. Коррозионная активность дизельных топлив оценивается содержанием: общей серы (менее 0,2 и 0,4-0,5 % масс. для I и II вида соответственно), меркаптановой серы (менее 0,01 % мас), сероводорода (отсутствие), водорастворимых кислот и щелочей (отсутствие), а также кислотностью (менее 5 мг/л ОН/460 мл) и испытанием на медной пластинке (выдерживает). Для борьбы с коррозионными износами деталей дизеля выпускают малосернистые топлива и добавляют к ним различные присадки (антикоррозионные, защитные, противоизносные и др.).

Экологические свойства. По сравнению с автобензи-

нами, дизельные топлива характеризуются значительно меньшей пожароопасностью. Это достоинство является решающим при выборе типа двигателя для установки на том или ином виде техники. Например, из-за меньшей пожароопасности топлива дизели используют на судах речного и морского флота, комбайнах, подводных лодках, на танках, бронетранспортерах ит. д.

Пожароопасность дизельных топлив оценивают по температуре вспышки в закрытом тигле. Для всех марок быстроходных дизельных топлив она нормируется не ниже 30-35 0С. Для топлив, предназначенных к применению на кораблях, температура вспышки должна быть не ниже 61 °С, а в особо опасных условиях, например в подводных лодках — не ниже 90 0С.

Фильтруемость. В последние годы на дизельных двигателях широко используют бумажные фильтры тонкой очистки. В связи с этим повысились требования к чистоте

553

дизельных топлив и введен коэффициент фильтруемости. Коэффициент фильтруемости определяют на специальном приборе, измеряя изменение пропускной способности фильтра при последовательном прохождении через него определенных объёмов топлива. Этот показатель представляет собой отношение длительности фильтрования каждых последующих 2 мл топлива к длительности фильтрования предыдущих 2 мл. Коэффициент фильтруемости дизельных топлив должен быть не больше 3.

В зависимости от условий применения установлены в соответствии с ГОСТ 305-82 следующие марки топлив для быстроходных дизелей: Л (летнее), 3 (зимнее) и А (арктическое) (табл. 22.1). В стандарт введена следующая форма условного обозначения топлив: к марке Л добавляют цифры, соответствующие содержанию серы и температуре вспышки, например, Л-0,2-40; к марке 3- содержанию серы и температуры застывания, например, 3-0,2 минус 35. В условное обозначение марки топлива А входит только содержание серы, например, А-0,4.

Таблица 22.1

Требования к качеству топлив для быстроходных дизелей по ГОСТ 305-82

Показатель

Л

3

А

1

2

3

4

Цетановое число

45

45

45

Фракционный состав, температура, °С:

 

 

 

50%, не выше

280

280

255

96 %, не выше

360

340

330

Кинематическаявязкостьпри20 °С, мм2

3,0+6,0

1,8+5,0

1,5+4,0

Температура застывания, °С, не выше:

 

 

 

для умеренной климатической зоны

-10

-35

-

для холодной климатической зоны

-

-45

-50

Температура помутнения, 0С, не выше:

 

 

 

для умеренной климатической зоны

-5

-25

 

для холодной климатической зоны

-

-35

-

554

 

 

 

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Температура вспышки в закрытом тигле, 0С, не ниже

для дизелей общего пользования

40

 

35

30

для тепловозных, судовых дизелей и

61

 

40

35

газовых турбин

 

 

 

 

Содержание, % мас., не более:

 

 

 

 

серы в топливе вида I

0,2

 

0,2

0,2

серы в топливе вида II

0,5

 

0,5

0,4

меркаптановой серы

0,01

 

0,01

0,01

сероводорода

отсутствие

испытание на медной пластинке

выдерживает

содержание

фактических смол,

40

 

30

30

мг/100 мл, не более

 

 

 

 

содержание

водорастворимых ки-

 

отсутствие

слот, щелочей, механических при-

 

 

 

 

месей и воды

 

 

 

 

 

кислотность, мг КОН/100 мл, не

5

 

5

5

более

 

 

 

 

 

йодное число, г I2/100 г, не более

6

 

6

6

зольность, %, не более

0,01

 

0,01

0,01

коксуемость 10% остатка, %, не

0,3

 

0,3

0,3

более

 

 

 

 

 

коэффициентфильтруемости, неболее

3

 

3

3

плотностьпри 20 °С, кг/м3, неболее

860

 

840

830

По техническим условиям выпускаются дизельные топлива:

экспортные ДЛЭ, ДЗЭ;

с депрессорными присадками ДЗП, ДАП;

экологически чистые и с улучшенными экологическими свойствами (с содержанием серы 0,01 и 0,005 %) ДЭК-Л, ДЭК-3, ДЛЭ ДЗЭЧ и др.

Взападно-европейских странах и США начато производство экологичных дизельных топлив со сверхнизким содержанием серы (менее 0,05 %).

Топлива для тихоходных дизелей. Дизели с неболь-

шой частотой вращения коленчатого вала (менее 1000 об/мин) наиболее широко используют в стационарных установках, что позволяет предварительно провести подогрев, отстой и фильтрацию топлива, тем самым снижаются требования к его эксплуатационным свойствам. Вязкость топлива для тихоходных дизелей значительно выше, чем для быстроходных, поэтому её нормируют при 50 °С. Тихоходные дизели обычно работают в закрытых помещениях, поэтому топливо должно иметь более высокую температуру вспышки. Для тихоходных дизелей выпускают две марки топлива ДТ и ДМ. Марка ДТ представляет собой смесь дистиллятных и остаточных продуктов. Его используют в среднеоборотных и малооборотных дизелях, не оборудованных средствами предварительной подготовки топлива. Марка ДМ (мазут) рекомендуется для тихоходных судовых дизелей, установленных в помещениях, оборудованных системой подготовки топлива.

555

556

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Глава 23

РЕАКТИВНЫЕ ТОПЛИВА

Всовременной авиации на смену поршневым карбюраторным двигателям пришли реактивные двигатели, которые позволили существенно увеличить мощность и скорость, снизить вес летательных аппаратов, создать самолёты огромной грузоподъёмности и дальности.

Вавиации применяют воздушно-реактивные двигатели (ВРД), в которых в качестве окислителя для топлива используется кислород набегающего потока атмосферного воздуха.

Воздушнореактивные авиационные двигатели делятся на две большие группы: бескомпрессорные и компрессорные. В бескомпрессорных двигателях воздух, входящий в зону горения, сжимается исключительно за счет скоростного напора набегающего потока воздуха при полете. Разновидностью этой системы являются прямоточные воздушнореактивные двигатели (ПВРД), принципиальная схема которых приведена на рис. 23.1. ПВРД эффективны

иэкономичны при сверхзвуковых скоростях. Взлет и разгон летательного аппарата с таким двигателем возможны при условии применения специальных устройств.

Современная транспортная авиация работает на газотурбинных компрессорных двигателях. Они делятся на турбореактивные (ТРД) и турбовинтовые (ТВД). Турбореактивные двигатели могут быть с осевыми (рис. 23.1) и центробежными компрессорами (рис. 23.2).

Рис. 23.1 Принципиальная схема турбовинтового двигателя: 1 -воздушный винт; 2 - редуктор; 3 -компрессор; 4 -камера сгорания; 5 -турбина; 6 -реактивное сопло.

Воздух из окружающего пространства, забираемый и сжимаемый до заданного давления компрессором, непрерывным потоком направляется в камеру сгорания, куда через форсунки подается распыленное топливо. Газы, представляющие собой нагретый избыточный воздух в смеси с продуктами сгорания топлива, приводят во вращение турбину, являющуюся силовым приводом компрессора, и в случае двигателя с осевым компрессором поступают в форсажную камеру. В форсажной камере дожигается дополнительно подаваемое количество топлива, что позволяет достигнуть кратковременного увеличения тяги двигателя.

Турбореактивный двигатель с центробежным компрессором форсажной камеры не имеет. Из турбины газы проходят реактивное сопло, а затем, расширяясь, с большой скоростью истекают в атмосферу. Энергия рабочих газов, приобретенная в процессе сжатия воздуха и последующего подвода тепла из камер сгорания, частично затрачивается на вращение турбины и увеличение скорости струи газов, выходящих из реактивного сопла. Тяга создается за счет приращения скорости газов, истекающих из двигателя.

Рис. 23.2. Принципиальная схема двухконтурного турбореактивного двигателя: 1 -входная часть; 2 -вентилятор;

3 -компрессор; 4 -камерасгорания; 5 -турбина; 6 -реактивноесопло

Разновидностью турбореактивных двигателей являются турбовинтовые двигатели (ТВД), отличающиеся тем, что кроме компрессора и обслуживающих, в том числе топливных агрегатов, турбина приводит во вращение через редуктор воздушный винт (рис.23.2). У турбовинтового двигателя

557

558

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

тяга в основном создаётся воздушным винтом и лишь частично газами, истекающими через реактивное сопло в атмосферу. Тяга, создаваемая винтом, превышает в 7-10 раз тягу, создаваемую непосредственно истекающими газами.

Теоретические основы реактивной техники были заложены К.Э.Циолковским в конце XIX и им же было предложено применять в качестве топлива смесь нефтяных углеводородов с жидким кислородом. В настоящее время в качестве реактивных топлив применяются керосиновые фракции нефти, а окислителем служит кислород воздуха, что и лимитирует высоту полёта не выше 20 км.

Процесс сгорания топлива в реактивных двигателях происходит в газовоздушном потоке в камерах сгорания. Воздух в большом избытке подается компрессором, который работает от газовой турбины. Скорость потока воздуха достигает 40-60 м/сек. Часть воздуха подается в зону горения, а другая большая часть расходуется для охлаждения продуктов сгорания примерно до 900 °С перед лопатками газовой турбины. Топливо, так же как и в дизелях, впрыскивается в сжатый воздух, но поджигается электрической искрой. Особенностью рабочего процесса воздушного реактивного двигателя является непрерывность как подачи воздуха и топлива, так и сгорания топлива и образования струи горячих газов, т. е. протекание всех стадий процесса в едином потоке. Условно этот поток можно разбить на три зоны: 1) смесеобразования, 2) горения и 3) смешения продуктов сгорания с охлаждающим воздухом, где происходит и окончательное догорание топлива.

Продукты сгорания вместе с воздухом из зоны дожигания проходят через газовую турбину, отдавая ей часть своей кинетической энергии. Газовая турбина передает эту энергию воздушному компрессору. Затем отработанные горячие газы выбрасываются через сопло, чем и создается реактивная тяга, обеспечивающая высокие скорости полета. В современных форсированных ТРД газ после турбины попадает в форсажную камеру. В эту камеру впрыскивает-

ся дополнительное количество топлива. В результате сгорания этого добавочного топлива в выходное сопло газ поступает с более высокой температурой и с большей скоростью. Это увеличивает силу тяги. Сгорание испаренного в воздухе топлива происходит в результате распространения фронта пламени. Однако значительная часть топлива сгорает и за счёт самовоспламенения, причем чем больше эта часть, тем выше будет эффективность, т. е. полнота и скорость сгорания. Поэтому топлива с низкой температурой самовоспламенения и малым периодом задержки самовоспламенения лучше обеспечивают процесс сгорания в реактивных двигателях, чем топлива с низкими цетановыми числами.

Таким образом, в реактивных двигателях химическая энергия топлива превращается в тепловую, а затем в кинетическую энергию газов, истекающих из реактивного сопла. В современных ТВД на создание тяговой работы расходуется 15-30 % тепла, получаемого при сгорании топлива.

К реактивным топливам предъявляются следующие основные требования:

— оно должно полностью испаряться, легко воспламеняться и быстро сгорать в двигателе без срыва и проскока пламени, не образуя паровых пробок в системе питания, нагара и других отложений в двигателе;

объёмная теплота сгорания его должна быть возможно высокой;

оно должно легко прокачиваться по системе питания при любой и экстремальной температуре его эксплуатации;

топливо и продукты его сгорания не должны вызывать коррозии деталей двигателя;

оно должно быть стабильным и менее пожароопасным при хранении и применении.

Испаряемость — одно из важнейших эксплуатационных свойств реактивных топлив. Она характеризует скорость образования горючей смеси топлива и воздуха и тем

559

560