Жидкое топливо и его характеристика

 

Основным видом жидкого топлива, которое используется в котельных, служит топливный мазут - конечный продукт переработки нефти.

Основные характеристики мазутов: вязкость, температура застывания

Для надежной и долговечной работы механизмов и систем топливосмазочные материалы должны соответствовать требованиям ГОСТ. При этом основным критерием характеризующим качество топливосмазочных материалов являются физико-химические свойства. Рассмотрим основные из них.

Плотность - это масса вещества, содержащаяся в единице объема. Различают абсолютную и относительную плотность.

Абсолютная плотность определяется как:

 

 

где p - плотность, кг/м3; m - масса вещества, кг; V - объем, м3.

Плотность имеет значение при определении весового количества топлива в резервуарах. Плотность всякой жидкости, в том числе и топлива, изменяется с изменением температуры. Для большинства нефтепродуктов плотность уменьшается с увеличением температуры и увеличивается с уменьшением температуры. На практике часто имеют дело с безразмерной величиной - относительной плотностью. Относительной плотностью нефтепродукта называется отношение его массы при температуре определения к массе воды при температуре 4 °С, взятой в том же объеме, поскольку масса 1 л воды при 4 °С точно равна 1 кг. Относительная плотность (удельный вес) обозначается 20 4 р. Например, если 1 л бензина при 20 °С весит 730 г, а 1 л воды при 4 °С весит 1000 г, то относительная плотность бензина будет равна:

 

 

Относительная плотность нефтепродукта 20 4 р принято выражать величиной, относящейся к нормальной температуре (+20 °С), при которой значения плотности регламентируются государственным стандартом. В паспортах, характеризующих качество нефтепродукта, плотность также указывается при температуре +20 °С. Если известна плотность t 4 р при иной температуре, то по ее значению можно вычислить плотность при 20 °С (т.е. привести фактическую плотность к стандартным условиям) по формуле:

 

 

где Y - средняя температурная поправка плотности, величина, которая берется в зависимости от ве - личины замеряемой плотности t 4 р по таблице Температурные поправки к плотности нефтепродуктов

 

 

Рассматривая плотность как весовую, по объему t V и плотности t 4 p (замеренных при одной и той же температуре t) находится вес топлива при замеренной температуре:

 

 

При повышении температуры объем нефтепродуктов увеличивается и определяется по формуле:

 

 

где 2 V - объем нефтепродукта при повышении температуры на 1 °С; 1 V - первоначальный объем нефте - продукта; delta t - разность температур; B - коэффициент объемного расширения нефтепродукта Коэффициенты объемного расширения нефтепродуктов в зависимости от плотности при +20 °С на 1 °С

 

 

Наиболее распространенными методами измерения плотности ареометрический, пикнометрический и метод гидростатического взвешивания. В последнее время успешно развиваются автоматические методы: вибрационные, ультразвуковые, радиоизотопные, гидростатические.

Вязкость - свойство частиц жидкости оказывать сопротивление взаимному перемещению под действием внешней силы. Различают динамическую и кинематическую вязкость. В практических условиях больше интересует кинематическая вязкость, которая равна отношению динамической вязкости к плотности.

 

 

Вязкость жидкости определяется в капиллярных вискозиметрах и измеряется в стоксах (С), размерность которого мм2/с. Кинематическая вязкость нефтепродуктов определяется по ГОСТ 33-82 в капиллярных вискозиметрах ВПЖ-1, ВПЖ-2 и Пинкевича (рис.5). Вязкость прозрачных жидкостей при положительных температурах находят с помощью вискозиметров ВПЖ-1.  Вискозиметры ВПЖ-2 и Пинкевича применяют для различных температур и жидкостей. Кинематическая вязкость топлива, предназначенного для применения в высокооборотных дизелях, нормируется при 20 °С, низкооборотных - при 50 °С, моторных масел - при 100 °С. Определение кинематической вязкости в капиллярном вискозиметре основано на том, что вязкость жидкости прямо пропорциональна времени истечения ее через капилляр, обеспечивающий ламинарность потока. Вискозиметр Пинкевича состоит из сообщающихся трубок различающихся диаметром.  Для каждого вискозиметра указывается его постоянная С, представляющая собой отношение вязкости калибровочной жидкости к 20 v при 20 °С ко времени протекания к 20 t этой жидкости под действием собственной массы также при 20 °С из объема 2 от метки а до метки б через капилляр 3 в расширение 4:

 

 

Вязкость нефтепродукта при температуре t °С находится по формуле:

 

 

Фракционный состав определяют по ГОСТ 2177-82 при помощи специального прибора. Для этого в колбу 1 наливают 100 мл исследуемого топлива и нагревают до кипения. Пары топлива поступают в холодильник 3, где конденсируются и далее в виде жидкой фазы поступают в мерный цилиндр 4. В процессе перегонки фиксируют температуру, при которой выкипает 10, 20, 30% и т.д. исследуемого топлива. Перегонку заканчивают, когда после достижения наивысшей температуры наблюдается небольшое ее падение. По результатам перегонки строят кривую фракционной разгонки испытуемого топлива.

Первая - пусковая фракция, обусловленная выкипанием 10% топлива, характеризует его пусковые качества. Чем ниже температура выкипания этой фракции, тем лучше для запуска двигателя. Для зимних сортов бензина необходимо чтобы 10% топлива выкипало при температуре не выше 55 °С, а для летних - не выше 70 °С.

Другая часть бензина, выкипающая от 10 до 90% называют рабочей фракцией. Температура ее испарения не должна быть выше 160 … 180 °С.

Тяжелые углеводороды бензина в интервале от 90% выкипания до конца кипения представляют собой концевые или хвостовые фракции, которые крайне нежелательны в топливе. Наличие этих фракций приводит к отрицательным явлениям при работе двигателя: неполному сгоранию топлива, повышенному износу деталей за счет смывания смазки с гильз цилиндров и разжижения моторного масла в двигателе, увеличению Эксплуатационные свойства дизельного топлива Дизельное топливо используют в двигателях с воспламенением от сжатия, называемых дизелями. Воздух и топливо подаются в камеру сгорания раздельно. В ходе всасывания в цилиндр поступает свежий воздух; при втором ходе сжатия - воздух сжимается до 3 … 4 МПа (30 … 40 кгс/см2). В результате сжатия температура воздуха достигает 500 … 700 °С. В конце сжатия в цилиндр двигателя впрыскивается топливо, образуя рабочую смесь, которая нагревается до температуры самовоспламенения и воспламеняется.

Впрыскиваемое топливо распыляется форсункой, которая помещается в камере сгорания или в форкамере. Средний диаметр капель топлива составляет примерно 10 … 15 мкм.

По сравнению с карбюраторными двигателями дизельные двигатели отличаются высокой экономичностью, так как работают с более высокими степенями сжатия (12 … 20 вместо 4 … 10) и коэффициентом избытка воздуха = 5,1...4,1. Вследствие этого удельный расход топлива у них на 25 … 30% ниже, чем у карбюраторных двигателей.

Дизельные двигатели более надежны в эксплуатации и более долговечны, они обладают лучшей приемистостью, т.е. легче набирают обороты и преодолевают перегрузки. В то же время, дизели от личаются большей сложностью в изготовлении, большими габаритами и меньшей мощностью на единицу веса. Но, исходя из более экономичной и надежной работы, дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями.

Для обеспечения долговечной и экономичной работы дизельного двигателя дизельное топливо должно отвечать следующим требованиям:

иметь хорошее смесеобразование и воспламеняемость;

обладать соответствующей вязкостью;

иметь хорошую прокачиваемость при различных температурах окружающего воздуха;

не содержать сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды.

Свойство дизельного топлива, характеризующее мягкую или жесткую работу дизеля, оценивают по его самовоспламеняемости. Эту характеристику определяют путем сравнения дизеля на испытуемом и эталонном топливе. Оценочным показателем служит цетановое число топлива.

Топливо, поступающее в цилиндры дизеля, воспламеняется не мгновенно, а через некоторый промежуток времени, который называется периодом задержки самовоспламенения. Чем он меньше, тем за меньший промежуток времени топливо сгорает в цилиндрах дизеля. Давление газов нарастает плавно, и двигатель работает мягко (без резких стуков). При большом периоде задержки самовоспламенения топливо сгорает за короткий промежуток времени, давление газов нарастает почти мгновенно, поэтому дизель работает жестко (со стуком). Чем выше цетановое число, тем меньше период задержки самовоспламенения дизельного топлива, тем мягче самовоспламеняемость дизельного топлива оценивается обычно путем сравнения ее с самовоспламеняемостью эталонных топлив. В качестве эталонных топлив используется нормальный парафиновый углеводород цетан (С16Н34), имеющий малый период задержки самовоспламенения (самовоспламеняемость цетана условно принята за 100) и ароматический углеводород метилнафталин С10Н7СН3, который имеет большой период задержки самовоспламенения (самовоспламеняемость его условно принята за 0) работает двигатель.

Цетановое число топлива численно равно процентному содержанию цетана в его смеси с метилнафталином, которая по характеру сгорания (по самовоспламеняемости) равноценна испытуемому топливу. Используя эталонные топлива, можно получать смеси с любыми цетановыми числами от 0 до 100.

Цетановое число можно определить тремя способами: по совпадению вспышек, по запаздыванию самовоспламенения и по критической степени сжатия. Цетановое число дизельных топлив обычно определяют по методу "совпадения вспышек" на установках ИТ9-3, ИТ9-ЗМ или ИТД-69 (ГОСТ 3122-67). Это одноцилиндровые четырехтактные двигатели, оборудованные для работы с воспламенением от сжатия. Двигатели имеют переменную степень сжатия? = 7 … 23. Угол опережения впрыска топлива устанавливается равным 13° до верхней мертвой точки (В.М. Т). Изменением степени сжатия добиваются, чтобы воспламенение происходило строго в В.М.Т. При определении цетанового числа дизельных топлив частота вращения вала одноцилиндрового двигателя должна быть строго постоянной (п = 900 ± 10 об/мин).

После этого подбирают два образца эталонных топлив, один из которых дает совпадение вспышек (т.е. задержку самовоспламенения, равную 13°) при меньшей степени сжатия, а второй - при более высокой степени сжатия.

Путем интерполяции находят смесь цетана с - метилнафталином, эквивалентную испытываемому топливу, и таким образом устанавливается его цетановое число.

Цетановое число топлив зависит от их улеводородного состава. Наиболее высокими цетановыми числами обладают парафиновые углеводороды нормального строения. Самые низкие цетановые числа у ароматических углеводородов.

Оптимальным цетановым числом дизельных топлив является 40 - 50. Применение топлив с ЦЧ < 40 приводит к жесткой работе двигателя, а ЦЧ > 50 - к увеличению удельного расхода топлива за счет уменьшения полноты сгорания.

Список использованной литературы и источники

 

1. Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение. - М.: Academia, 2001

2. Колесник П.А., Кланица В.С.  Материаловедение на автомобильном транспорте. - М.: Academia, 2007

3. Физико-химические основы строительного материаловедения: Учебное пособие / Волокитин Г.Г. , Горленко Н.П. -М.: АСВ, 2004

4. Сайт OilMan.ru http://www.oilman.ru/toplivo1.html