Дизельные топлива и их эксплуатационные характеристики

Дизельные топлива, применяемые в двигателях с воспламенением от сжатия, подразделяются на три группы:

1.топлива для быстроходных дизелей (ДА, ДЗ, ДЛ, ДС);

2.топлива для автотракторных, тепловозных и судовых дизелей (А, С, 3, Л);

3.топлива для среднеоборотных дизелей (ДТ и ДМ].

Дизельные топлива состоят из средних дистиллятных фракций нефти, перегоняющихся в пределах 180—350°С, легких газойлей каталитического и термического крекинга, коксования и гидрокрекинга.

Основными эксплуатационными характеристиками дизельных топлив являются:

1.воспламеняемость;

2.фракционный состав;

3.вязкость;

4.коксуемость;

5.температура вспышки;

6.температура помутнения;

7.температура застывания;

8.содержание смолистых и коррозионноактивных соединений.

Воспламеняемость. Рабочий процесс в дизельных двигателях протекает в течение четырех тактов. В конце хода сжатия в сжатый и нагретый воздух впрыскивается в течение определенного времени порция топлива. Через некоторое время топливо самовоспламеняется и сгорает. Время между началом впрыска и самовоспламенением топлива называется периодом задержки самовоспламенения.

Этот период у разных топлив неодинаков. Некоторые топлива воспламеняются почти сразу же после впрыска, другие — спустя определенное время. В первом случае сгорание топлива происходит с постоянной скоростью, и давление образовавшихся газов над поршнем нарастает равномерно. Во втором случае в цилиндр успевает поступить большое количество топлива, оно воспламеняется одновременно, сгорание носит взрывной характер, а давление газов повышается мгновенно, скачком. Это явление, которое по внешним признакам напоминает детонацию в двигателях с зажиганием от искры, носит название жесткой работы. Период задержки воспламенения определяется характером предпламенных процессов окисления. Чем больше в воздушно-топливной смеси накопится продуктов окислении (перекисей, альдегидов, кетонов), тем меньше будет период задержки самовоспламенения. Для воспламенения дизельного топлива без участия постороннего источника зажигания необходимо, чтобы температура его самовоспламенения была ниже температуры, до которой нагревается сжатый в цилиндрах воздух (500—550°С). Наиболее высокую температуру самовоспламенения имеют арены с короткими боковыми цепями (≈600°С), наиболее низкую — алканы. Наилучшими воспламенительными свойствами обладают дизельные топлива, содержащие много алканов и мало аренов; у этих топлив ниже период задержки самовоспламенения и температура самовоспламенения.

Оценку воспламенительных свойств дизельных топлив производят сравнением с эталонными топливами или по химическому составу. Наиболее употребителен метод оценки с помощью цетановых чисел. Цетановым числом называется процентное (по объему) содержание цетана (гексадекана) C₁₆H₃₄ в смеси с α-метилнафталином, эквивалентной по самовоспламеняемости испытуемому топливу при сравнении в стандартных условиях. Цетановое число гексадекана принято равным 100, α -метилнафталина — 0.

Нормальный запуск и плавная работа дизелей обеспечивается применением топлив с цетановым числом не ниже 45. Для повышения цетанового числа дизельных топлив могут использоваться различные присадки, которые ускоряют предпламенное окисление и снижают период задержки самовоспламенения. Введением присадок цетановое число повышают на 15—20 единиц.

Наилучшими воспламенительными свойствами обладают топлива с высоким содержанием алканов. Парафинистость топлива характеризуют следующие показатели: анилиновая точка и плотность. Зная значения анилиновой точки и плотности, находят по эмпирической формуле так называемый дизельный индекс (ДИ), который тем больше, чем выше анилиновая точка и ниже плотность.

Формула для определения дизельного индекса:

ДИ = 2,367 (t + 17,8) [1,076 / (ρ²⁰₄+0,004) - 1],

где t — анилиновая точка, °С; ρ²⁰₄ – относительная плотность при 20ºС.

Фракционный состав. Фракционный состав дизельного топлива влияет на полноту сгорания, условия распыливания, дымность выхлопа, степень нагарообразования. При высоком содержании легких фракции увеличивается давление сгорания, двигатель работает более жестко. В то же время утяжеление топлива ухудшает условия распыливания, уменьшает скорость образования рабочей смеси, приводит к повышенному дымлению и снижению экономичности двигателя. Оптимальный фракционный состав диктуется конструктивными особенностями дизелей и условиями их эксплуатации. Стандартом на дизельное топливо для автотракторных, тепловозных и судовых дизелей установлены следующие температуры перетопки 50% топлива: летнего—не выше 280°С, зимнего —не выше 250 °С, арктического — не выше 240 °С.

Вязкость, температуры застывания и помутнения. Этими показателями определяются условия подачи топлива к цилиндрам двигателей, а вязкостью, кроме того, и условия распыливания. Маловязкое низкозастывающее дизельное топливо обладает хорошей текучестью в трубопроводах, фильтрах, насосах и форсунках даже при отрицательных температурах; оно более однородно и мелко распыливается, благодаря чему улучшаются условия испарения, смесеобразования и сгорания. Однако при использовании слишком маловязкого топлива возникает опасность быстрого износа двигателей. Вязкость дизельных топлив составляет при 20°С 1,8÷6,0 мм²/с. В малооборотных стационарных дизелях, где топливо может подогреваться перед подачей на сгорание, применяются более вязкие топлива.

Для двигателей, работающих на открытом воздухе, большое значение имеют такие показатели топлива, как температура застывания, характеризующая полную потерю подвижности, и температура помутнения, при которой в топливе появляются первые кристаллы парафина. При использовании топлив с высокой температурой помутнения существует опасность забивания кристаллами парафина фильтров, через которые пропускают топливо для очистки от механических примесей. Температура застывания дизельных топлив для автотракторных двигателей не должна превышать: —10°С для летнего, —35 °С для зимнего и —55°С для арктического сорта.

Фильтруемость. В последние годы на дизельных двигателях широко используются бумажные фильтры тонкой очистки. В связи с этим повысились требования к чистоте дизельных топлив и введен коэффициент фильтруемости. Коэффициент фильтруемости определяют на специальном приборе, измеряя изменение пропускной способности фильтра при последовательном прохождении через него определенных объемов топлива. Коэффициент фильтруемости представляет собой отношение длительности фильтрования каждых последующих 2мл топлива к длительности фильтрования предыдущих 2мл. Перед нефтеперерабатывающей промышленностью поставлена задача перейти на выпуск дизельных топлив с коэффициентом фильтруемости не ниже 2.

Содержание сернистых соединений. При сгорании дизельных топлив, содержащих сернистые соединения, образуются окислы серы (SO₂ и SO₃), которые вызывают в присутствии влаги сильный коррозионный износ поршневых колец и гильз цилиндров. Серный ангидрид способствует полимеризации нестабильных компонентов смазочного масла, что является причиной образования твердых отложений на горячих деталях двигателя и пригорания поршневых колец. В результате повсеместного внедрения процесса гидроочистки дизельных топлив содержание серы в них снизилось до 0,2—0,5%.