Одержання та переробка нафтопродуктів (стр. 7 из 17)
У період повільного горіння (ділянка 3–4) згорає та частина палива, що продовжує подаватися форсункою до кінця вприскування. Під час цієї фази горіння тиск в циліндрі спочатку майже не змінюється, а потім починає знижуватися.
Дизельні палива, які володіють кращою займистістю у двигуні, забезпечують нормальне протікання процесу згоряння без різкого підвищення тиску і появи, у зв’язку з цим, стуків у циліндрі. Однак, надмірне зменшення періоду затримки займання недоцільне, оскільки знижується повнота згоряння, збільшується витрата палива, чадність відпрацьованих газів та маса відкладень нагару у камері згоряння.
Цетанове число (ЦЧ) – основний показник займистості палива у дизельному двигуні, який характеризує тривалість періоду затримки займання палива.
При малому періоді затримки займання двигун працює «м’яко», без стуків, при підвищеному періоді затримки, у камері згоряння накопичується паливо, що веде до вибухового згоряння. В цьому випадку тиск росте дуже стрімко і тому двигун працює «жорстко», із стуками.
Незалежно від складу палива, з підвищенням ЦЧ, період затримки займання знижується, але з підвищенням форсування двигуна (збільшення температури, перш за все, і тиску заряду) його вплив зменшується, що спостерігається при підвищенні частоті обертів колінчатого валу двигуна.
Вибір ЦЧ для дизелів визначається найбільшим ефектом зниження періоду затримки займання (найбільш ефективне значення ЦЧ 45…50 одиниць). При значному збільшенні цетанового числа (більше 70 одиниць) наглядається втрата потужності та димність відпрацьованих газів двигуна. Це пояснюється тим, що при дуже малому періоді затримки займання паливо швидко згорає у безпосередній близькості від форсунки. Решта палива, що вприскується, попадає у зону горіння. В результаті цього, у камері згоряння утворюються зони перенасиченої (у районі форсунки утворюються продукти неповного згоряння – сажа) та перезбідненної (неповне використання об’єму камери згоряння на периферії) сумішей. Це знижує потужності та економічні показники двигуна. Крім цього, збільшення ЦЧ підвищує вартість палива.
На практиці, при відсутності можливості визначення ЦЧ за моторним методом, використовують розрахунок цетанового індексу по показникам палива. Однак, цетановий індекс лиш приблизно може оцінити величину ЦЧ. По стандарту цетановий індекс розраховують за формулою
ЦІ = 454,74–1641,41ρ+774,74ρ2-0,554t50%+97,803 lg2t50%,
де ρ – густина палива при 150С, г/см3
t50% – температура википання 50% фракцій палива, 0С.
При однакових ЦЧ обваження фракційного складу палива приведе до росту тривалості періоду затримки займання.
Схильність до утворення відкладень
Для надійної роботи дизельних двигунів палива, які застосовуються, не повинні викликати значних відкладень нагару, лаку осадків на деталях камери згоряння та в агрегатах системи живлення. Стандартом до утворення відкладень регламентована зольністю і коксівністю 10%-вого залишку, концентрацією фактичних смол.
Дизельне паливо при згорянні не повинне утворювати нагаровідкладення на деталях камери згоряння, клапанах газорозподільного механізму, поршневих кільцях, голці та корпусі форсунки і т. д., тобто не призводити до значних порушеннь у роботі. Так, нагар, що утворюється на клапанах, призводить до їх зависання, у камері згорання – до порушення тепловіддачі, на форсунках – погіршення якості вприскування. Вкрай небажане утворювання відкладень на поршневих кільцях, що приводить до їх закоксовування, отже, порушує компресію, збільшує прорив газів в картер двигуна, підвищує частку угару моторного масла і т. п.
На процес нагароутворення у дизелі впливають наступні властивості палива: неповнота згоряння – по причині тяжкого фракційного складу та підвищеної в’язкості; присутність у паливі високомолекулярних смолисто-асфальтових з’єднань, концентрація фактичних смол, ненасичених вуглеводів, сірчистих з’єднаннь і механічних домішок; підвищеної зольності. Тому, для того, щоб зменшити нагароутворення у двигуні, необхідно або повністю очистити паливо від небажаних з’єднань, або значно зменшити їх присутність.
Для оцінки схильності палива до нагароутворення використовують показник коксівності. Його зручно використовувати для порівняльної оцінки різноманітних партій одного і того ж палива при приймальних випробуваннях.
Коксівність 10%-вого залишку є непрямим показником схильності палив до нагароутворення.
Крім нагару, на деталях утворюються також лакові відкладення – продукти високотемпературного окислення ненасичених вуглеводів і других з’єднань. Окремо показник коксівності палива можна оцінювати за вмістом у ньому смол.
Небажаною частиною дизельного палива є зола, що представляє собою мінеральний залишок після горіння палива в атмосфері повітря при температурі 800…850 °С. Для дизельного палива зольність не повинна перевищувати 0,01%. З підвищенням зольності значно росте знос деталей паливної апаратури і ци-ліндропоршневої групи двигуна.
Зольність – показник схильності до утворення відкладень при високих температурах.
Сірчисті з’єднання, які містяться у паливі, впливають, головним чином, на якість нагару. Сірка, концентруючись у нагарах та відкладеннях, робить їх більш твердими і важковиводимими. Так, при вмісті у паливі 0,08% сірки у нагарах її містилося 1%, а густина відкладень становила 0,03 г/см3. При підвищені вмісту сірки у паливі до 1,5% у нагарах її вміст зріс до 9%, а густина відкладень збільшилася до 0,5 г/см3.
Корозійна активність, протизносні властивості палива
Корозійна активність дизельних палив та протизносні властивості оцінюються по стандарту вмістом загальної і меркаптанової сірки, сірководню, випробуванням на мідній платині, кислотністю.
Під корозійною активністю вважається властивість палива або продуктів його згоряння викликати при контакті з металами корозію.
Під протизносними властивостямивважається спроможність палива виконувати функції змащувально-консерваційного матеріалу для деталей паливної апаратури, тертьових плунжерних пар паливних насосів.
Корозійна активність дизельних палив залежить від вмісту у них у значних кількостях безвуглеводних компонентів – кисне- і сірко з’єднань.
Кислотність характеризує вміст органічних кислот у дизельному паливі, які викликають корозію кольорових металів, особливо свинцю і цинку.
При збільшенні кислотності дизельного палива з 4 до 5 мг КОН на 100см3 продуктивність форсунок за один хід плунжера може зменшуватися на 13,5%, а середній знос плунжерних пар – збільшитися на 50%.
Сірка, якщо вона є у вільному стані у паливі, майже миттєво взаємодіє з міддю та її сплавами, створюючи сульфіди, внаслідок чого поряд із корозією металу, що призводить до втрати його маси, спостерігається утворення відкладень на металі. Встановлено, що при зниженні вмісту сірки у дизельному паливі з 1,0 до 0,003% зменшується знос плунжерів у 2 рази. Знос деталей циліндропоршневої групи ілюструється рис. 4.
Меркаптановою сіркою називають частку (у відсотках), що припадає у паливі на наявну у меркаптанах сірку. У меркаптанах атом водню здатен заміщатися на метал з утворенням меркаптидів. При окисленні меркаптанів можуть утворюватися сульфоокисли і сірчана кислота. Корозія металів меркаптанами визначається їх концентрацією (вище 0,01%) у паливі і складом.
Вміст сірководню – обов'язковий контрольний показник якості палива. Сірководенькородує цинк, залізо, мідь, латунь, алюміній. Тому, при його виявленні дизельне паливо для застосування не придатне.
Іспит на мідній пластинці– якісний показник присутності активних сірчистих з'єднань у паливі.
Для вивчення впливу всіх факторів на протизносні властивості дизельних палив були проведені дослідження на машині тертя КИИГА, що відтворює тертя ковзання, результати яких мають гарну кореляцію і з зносом плунжерів паливних насосів двигунів. Протизносні властивості (рис. 5) оцінювали по діаметру плями зносу шарів (в мм), критичному навантаженню (в Н) і загальному показнику – критерію протизносних властивостей.
Представлені результати свідчать про те, що протизносні властивості дизельних палив залежать від ряду фізико-хімічних властивостей і можуть змінюватися у 2–3 рази для палив із припустимими вимогам стандарту межами значень цих показників. Суттєві різниці між паливами диктують необхідність контролю цих важливих експлуатаційних показників.
Прокачуваність, низькотемпературні властивості палива
Прокачуваність дизельного палива стандартом оцінюється в’язкістю, вмістом механічних домішок і води, коефіцієнтом фільтрування, низькотемпературними властивостями.
Низькотемпературні властивості оцінюються температурою застигання палива і граничною температурою фільтрування.
Основні вимоги, які пред'являються до якості дизельного палива, полягають у тому, щоб воно легко прокачувалось по паливній системі і безперебійно надходило у циліндр двигуна.
Розглянемо вплив показників якості дизельного палива на прокачуваність більш докладно.
В’язкість дизельних палив значно залежить від температури. З підвищенням в’язкості збільшується опір покачуванню палива по системі живлення. При певному значенні в’язкості опір системи живлення настільки зростає, що паливо перестає надходити у потрібній кількості.