×

Попередження

JUser::_load: неможливо завантажити користувача з id: 88

Ідеальне дизпаливо. Властивості й основні характеристики якісного енергоносія для дизельних двигунів

/ Механізація АПК / П'ятниця, 28 грудня 2012 14:57

Анатолій АНТИПЕНКО, професор

Микола МАКАРЕНКО, доцент кафедри «Трактори і автомобілі»

ХНТУСГ ім. П.Василенка

 

Специфічні вимоги до дизельного палива зумовлені особливостями сумішоутворення і запалювання у дизелях. Багато в чому вимоги до дизельного палива збігаються із вимогами до автомобільних бензинів, однак важливість і кількісні значення відповідних показників цих двох енергоносіїв істотно різняться.

 

Для того щоб забезпечувати надійну та економічну роботу двигуна, дизельне паливо має відповідати наступним основним вимогам:

  • мати добру прогонність, зберігаючи рухомість у межах можливих експлуатаційних температур, забезпечувати тонке розпилювання і добре сумішоутворення;

  • легко займатися, забезпечувати «м'яку» роботу двигуна, повністю згоряти без утворення сажі у відпрацьованих газах;

  • виявляти мінімальну схильність до утворення нагару та відкладів, а також мінімальний корозійний вплив на метали;

  • запобігати утворенню токсичних сполук у відпрацьованих газах;

  • бути фізично і хімічно стабільним за будь-яких кліматичних умов.

 

Прогонність. Прокачуймося легко

Прогонність – одна з основних вимог до якості дизельного палива. Полягає вона в тому, що паливо повинно легко прокачуватися у паливній системі і безперебійно надходити у циліндри двигуна. Порушення подачі палива може бути викликане забрудненням (блокуванням) фільтрів механічними домішками, які містяться у ньому або потрапляють з атмосферного повітря; виділенням з палива твердої фази (кристалів води чи вуглеводнів); підвищенням його в’язкості. Можливість виникнення зазначених процесів залежить від групового вуглеводневого складу палива, наявності в ньому механічних домішок і води, що за технічними вимогами не допускається. Для видалення зайвих компонентів паливо відстоюють, неодноразово фільтрують, періодично зливають із баків транспортних засобів, очищують у системі живлення двигуна. Необхідність багатоступеневого очищення дизельного палива пояснюється тим, що воно забруднюється не лише ззовні (наприклад, атмосферним пилом), а і внаслідок корозії металів та безперервного окислення вуглеводнів у процесі зберігання.

 

altДеякі сполуки, особливо нафтенові кислоти, знижують його фільтрованість. Погіршується фільтрованість також при наявності у паливі води. Нафтенові кислоти разом із водою утворюють мила – пухкі мазеподібні включення, які зависають у паливі.

 

Для оцінки ступеню чистоти дизельного палива передбачено стандартний показник – коефіцієнт фільтрованості. Для дизельних палив цей показник не повинен перевищувати 3. Чим ближче значення коефіцієнта фільтрованості до одиниці, тим вища якість дизельного палива за цим показником і тим краща його прогонність та більший термін використання фільтрів.

 

Прогонність дизельних палив значною мірою залежить також від в’язкості. Цей показник має важливе значення у забезпеченні роботи паливноподавальних і впорскувальних механізмів, впливає на процес сумішоутворення та працездатність паливної апаратури. З підвищенням в’язкості збільшується опір у системі паливоподачі, погіршується розпилювання палива, а отже, його випаровування. У підсумку погіршується сумішоутворення, порушується процес горіння, що призводить до неповного використання теплоти згоряння, утворення нагару тощо. Зменшення в’язкості нижче від встановленої норми також є причиною порушення процесу згоряння. У цьому випадку при розпилюванні утворюються дуже дрібні краплі, глибина проникнення факела зменшується і все паливо, яке впорскується, згоряє поблизу соплового отвору форсунки без використання всього об’єму повітря. Внаслідок такого згоряння можливе перегрівання і деформація розпилювачів форсунок паливної апаратури двигунів.

 

Низька в’язкість дизельного палива призводить також до погіршення його змащувальних властивостей і до витікань, особливо за малої частоти обертання. Тому цей показник нормується і залежно від сорту дизельного палива (літнє, зимове або арктичне) кінематична в'язкість його становить 1,5-6 мм2/с за температури 20°С.

 

Основні порушення у системі паливоподавання за низьких температур пов’язані з низькотемпературними властивостями палива (температур помутніння і застигання, граничною температурою фільтрованості). Температура помутніння характеризує втрату паливом фізичної однорідності внаслідок утворення мікрокристалів високоплавких вуглеводнів і води. При цьому виникає небезпека закупорювання пор фільтрів і втрати текучості палива в результаті утворення твердого каркасу. При подальшому зниженні температури кристалічна структура, яка утворюється у паливі, настільки зміцнюється, що паливо втрачає текучість. Мінімальна температура повної нерухомості палива називається температурою застигання. Для забезпечення безперебійної роботи системи паливоподавання дизельні палива повинні мати температуру застигання на 10-15 С нижчу від мінімально можливої температури експлуатації. Температура застигання літніх дизельних палив не повинна перевищувати мінус 10 С, зимових – -25 і -35 С, арктичних – -55 С.


Випарність. Альянс хімічних сполук

У конкретних умовах роботи двигуна, при робочих значеннях тиску і температури стиснутого повітря, оптимального ступеня розпилення палива, утворення пальної суміші і повнота її згоряння залежать від випарності дизельного палива, яка характеризується фракційним складом.

 

altПоказниками якості дизельного палива, які впливають на випарність та згоряння, є в’язкість, густина, тиск насиченої пари, поверхневий натяг, теплота пароутворення, теплоємність. Густина дизельних палив впливає на сумішоутворення і випарність так само, як і в’язкість. Значення внутрішньої теплоти пароутворення впливає на роботу дизеля під час його пуску. Такі показники, як теплоємність, теплота випаровування впливають на роботу дизеля несуттєво (менше порівняно з бензином).

 

Випарність дизельного палива оцінюють тільки його фракційним складом. Він у сучасних дизельних палив змінюється в широкому інтервалі температур. Враховуючи, що при атмосферному тиску важко визначити температуру кінця кипіння або википання 96%, у деяких стандартах визначають температуру перегонки 90% або й 85% палива.

 

Пускові властивості дизельних палив характеризуються температурою перегонки 50% палива. Застосування палив із підвищеними температурами википання 90% і 96% свідчать про наявність у них важких фракцій із поганою випарністю, які погіршують якість сумішоутворення, знижують економічність, підвищують нагароутворення та димність відпрацьованих газів.

 

Для утворення горючої суміші та інтенсивності її згоряння основне значення має хімічний склад палива, який визначає здатність його до займання.


Займистість. Аж до самоспалення

Займистість дизельного палива характеризує його здатність до самозаймання, тобто до загоряння без впливу стороннього джерела запалювання. Ця властивість палива визначає період затримки займання у двигуні – час підготовки суміші і формування осередків самозаймання. Період затримки займання повинен бути оптимальним. Зі збільшенням тривалості затримки займання зростає кількість палива, введеного в камеру згоряння на момент початку горіння. Початок першої фази згоряння відбувається із більшим об'ємом підготовленої горючої суміші, підвищеним тепловиділенням і різким наростанням тиску. Якщо при цьому швидкість наростання тиску перевищує значення 0,6-0,9 МПа на градус повороту колінчастого вала, то робота двигуна супроводжуватиметься стуками. Таку роботу дизелів називають «жорсткою». Наслідками такої роботи є зниження показників потужності та економічності двигуна, підвищення зношування його деталей і токсичності відпрацьованих газів.

 

У разі зниження періоду затримки займання робота двигуна стає «м'якою», однак надмірне скорочення цього показника погіршує сумішоутворення, а, отже, знижує повноту згоряння.

 

Тривалість періоду затримки займання істотно залежить від групового хімічного складу палива, а також від конструктивних та експлуатаційних факторів двигуна, які впливають на організацію процесу сумішоутворення (ступінь тиску, кут випередження впорскування, якість розпилювання, тривалість подачі палива, частоту обертання колінчастого вала тощо).

 

altПоказником, який характеризує самозаймання дизельного палива, є цетанове число. Цетанове число палива визначає швидкість хімічних процесів підготовки суміші до самозаймання і тому характеризує тільки одну зі складових загального періоду затримки займання.

 

Цетанове число дизельного палива оцінюють на спеціальній установці з одноциліндровим двигуном зі змінним ступенем тиску, порівнюючи його з еталонними паливами, займистість яких відома.

 

Як еталонне паливо використовують цетан із малим періодом затримки самозаймання (цетанове число 100 одиниць) та α-метилнафталін із великим періодом затримки самозаймання (цетанове число 0). Змішуючи ці вуглеводні у різних співвідношеннях, одержують еталонні палива з цетановим числом від 0 до 100.

 

Цетановим числом називають відсотковий вміст (за об'ємом) нормального цетану в штучно виготовленій суміші, яка складається із нормального цетану та α-метилнафталіну і рівноцінна за періодом затримки займання паливу, що досліджується за стандартних умов випробування.

 

Для забезпечення «м'якої» роботи сучасних високообертових двигунів внутрішнього згоряння раціональними показниками цетанового числа є 45 одиниць. Застосування палив із цетановим числом 50 – призводить до збільшення питомої витрати палива.

 

За кордоном для характеристики займистості палива поряд із цетановим числом використовують показник «дизельний індекс». Цей показник нормується у вітчизняній практиці на дизельні палива, які поставляються на експорт (ТУ 38.001162–85 і ТУ 38.401–58–110–94). Дизельний індекс для експортних дизельних палив повинен бути не нижчим за 53.


Стабільність. Мінімум відхилень

Важливою експлуатаційною характеристикою дизельних палив є їхня стабільність і схильність до утворення відкладень.

 

Дизельні палива - середньодистилятні нафтові фракції з високою фізичною стабільністю. Температура кипіння дизельних палив знаходиться у значно ширших межах, ніж у бензинів (170–380 С), а тиск насиченої пари за нормальних умов не перевищує 1 кПа. Тому втрати дизельних палив від «великих» і «малих» дихань резервуарів незначні і становлять 1,5 кг за рік з 1 м3 пароповітряного простору.

 

Хімічна стабільність дизельних палив також досить висока. Як правило, при дотриманні всіх технологічних вимог при зберіганні вони практично не змінюють якості протягом 3–5 років. На утворення відкладень впливають також фракційний склад, вміст сірчистих і смолистих сполук, ненасичених та ароматичних вуглеводнів, неорганічних домішок тощо.

 

У практиці експлуатації автотракторної техніки низькотемпературні відкладення у дизельних паливах, в основному, мають місце на стінках резервуарів, фільтрах тонкого очищення, заправних засобах, а також у паливних системах машин, на фільтрах тонкого очищення, деталях паливоподавальної апаратури.

 

Схильність палив до утворення низькотемпературних відкладень у стандартах на дизельні палива прийнято оцінювати концентрацією фактичних смол і йодним числом. Про ці властивості палива можна судити також і по кислотності, визначення якої передбачено відповідним стандартом.

 

altВміст фактичних смол деякою мірою характеризує сумарну частку сполук, які здатні до утворення осадів і відкладень окислювального характеру. Йодне число свідчить про вміст у паливі алкенів, які найбільш схильні до окиснення і подальших перетворень. Чим вище йодне число, тим більша кількість ненасичених вуглеводнів утримується у паливі і тим нижча хімічна його стабільність. Йодне число не повинно перевищувати 6 г йоду на 100 г палива.

 

На утворення нагару у камері згоряння двигуна впливає незадовільне розпилювання палива внаслідок підвищеної його в’язкості, незадовільне випаровування і неповне згоряння з важким фракційним складом. Чим вищий вміст сірки у паливі, тим більше нагару і лаку утворюється при його згорянні. Сірка, яка знаходиться у паливі, впливає на кількість утвореного нагару, а також на підвищення його щільності. Великий вплив сірки на нагароутворення є однією з причин обмеження її вмісту у дизельних паливах.

 

Серед сірчистих сполук, які містяться у дизельних паливах, на нагароутворення найбільшою мірою впливають меркаптани. Вміст меркаптанової сірки у дизельних паливах не повинен перевищувати 0,01%.

 

Зі збільшенням вмісту фактичних смол у паливах їхня схильність до нагароутворення зростає. Згідно з вимогами до якості палива вміст фактичних смол не повинен перевищувати 30–40 мг/100 мл.

 

Схильність дизельних палив до нагароутворення залежить також від його коксівності і зольності. Коксованість 10%-го залишку повинна бути не більш як 0,3%. Допустимий вміст золи у дизельних паливах не має перевищувати 0,01%.

 

Товарні дизельні палива, які відповідають зазначеним вимогам за фракційним складом, вмістом фактичних смол, загальною і меркаптановою сіркою, коксованістю і зольністю забезпечують роботу двигунів на усіх режимах із незначним утворенням відкладень.


Корозійна активність. Випробування міддю

Ця властивість, як і в автомобільних бензинах, залежить від наявності в них водорозчинних кислот і лугів, кисневих і сірчано-органічних сполук.

 

Згідно зі стандартами присутність водорозчинних кислот і лугів у дизельних паливах не допускається.

 

Вміст корозійно-агресивних кисневих сполук у цих паливах оцінюють показником кислотності. Відповідно до стандартів кислотність дизельних палив не повинна перевищувати 5 мг КОН/100см3.

 

Вирішальний вплив на корозійну активність дизельних палив має вміст і характер сірчистих сполук. Корозійна агресивність дизпалива підвищується зі збільшенням загального вмісту сірки. Палива при відпусканні з заводу повинні витримувати випробовування на мідній пластинці. Це гарантує малий вміст активних сірчистих сполук (сірководень, елементна і меркаптанова сірка).

 

Корозійні властивості дизельних палив значною мірою обумовлені вмістом меркаптанів. Враховуючи високу корозійну активність і невисоку хімічну стабільність меркаптанів, для забезпечення контролю їхньої наявності у паливах, крім якісного аналізу (випробування на мідній пластинці), проводять ще й кількісний – визначають вміст меркаптанової сірки, який повинен бути не більш ніж 0,01%.

 

Загальна кількість сірки, яка міститься у дизельному паливі, суттєво впливає на корозію деталей двигуна при його роботі. Усі сірчисті сполуки згоряють з утворенням SO2 і SO3. Ці газоподібні продукти при високій температурі кородують метали у газовій фазі, а при низьких температурах легко розчинюються у крапельках сконденсованої у продуктах згоряння води з утворенням сірчистої і сірчаної кислот.

1

 18 жовтня 2019
В Україні майже завершується посівна озимого ріпаку. Аграрії вже засіяли цією культурою більше 1 млн га або 97% до прогнозу.
В Україні майже завершується посівна озимого ріпаку. Аграрії вже засіяли цією культурою більше 1 млн га або 97% до прогнозу.
18 жовтня 2019
 18 жовтня 2019
Впровадження технології сепарування гною дозволило свинокомплексу ТОВ «Рантьє» (Дніпропетровська обл.), що входить до агрокомплексу KSG Agro, майже всемеро скоротити витрати на електроенергію у ході утилізації відходів.
Впровадження технології сепарування гною дозволило свинокомплексу ТОВ «Рантьє» (Дніпропетровська обл.), що входить до агрокомплексу KSG Agro, майже всемеро скоротити витрати на електроенергію у ході утилізації відходів.
18 жовтня 2019
 18 жовтня 2019
Головною причиною для підвищення цін залишається обмежена пропозиція огірка на ринку.
Головною причиною для підвищення цін залишається обмежена пропозиція огірка на ринку.
18 жовтня 2019
 18 жовтня 2019
Комітет з питань аграрної та земельної політики Верховної Ради на ранковому засіданні відхилив проект закону №2178 «Про внесення змін до деяких законодавчих актів України щодо обігу земель сільськогосподарського призначення».
Комітет з питань аграрної та земельної політики Верховної Ради на ранковому засіданні відхилив проект закону №2178 «Про внесення змін до деяких законодавчих актів України щодо обігу земель сільськогосподарського призначення».
18 жовтня 2019
 18 жовтня 2019
В місті Бровари Київської області було офіційно відкрито медоварню ТОВ "Медовий спас", на якій виготовлятимуть медовий напій "Сікера".
В місті Бровари Київської області було офіційно відкрито медоварню ТОВ "Медовий спас", на якій виготовлятимуть медовий напій "Сікера".
18 жовтня 2019
 18 жовтня 2019
Українські підприємства, за підсумками 2018/19 маркетингового року, збільшили виробництво соєвої олії на 38%, соєвого шроту – на 35,4%.
Українські підприємства, за підсумками 2018/19 маркетингового року, збільшили виробництво соєвої олії на 38%, соєвого шроту – на 35,4%.
18 жовтня 2019

Please publish modules in offcanvas position.