Файл: Нигматулин И.Н. Тепловые двигатели учеб. пособие.pdf

тунно-кривошипного механизма и повышается механический к.п.д. двигателя. В связи с этим при р = 1,4 эффективный к.п.д. и работа цикла L t двигателя могут быть при эксплуатации равными или даже больше, чем при р = 1.

Глава 3-2

ТОПЛИВО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ И ТЕРМОХИМИЯ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ

§3-5. Физико-химические свойства топлива

Вдвигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах применя­ ются жидкое и газовое топливо. Основными химическими элементами, входящими в состав топлива, являются углерод и водород; в топливе

реннего сгорания, представляют собой смесь различных углеводоро­

Исходным сырьем для жидкого топлива является обычно нефть; кроме того, используются продукты перегонки каменного угля, бу­ рого угля, горючих сланцев и торфа. Основную массу нефти состав­ ляют жидкие углеводороды, разные по степени сложности и структуре молекул; в связи с этим физико-химические свойства нефтей, добы­ тых не только в разных районах, но даже из различных месторожде­ ний одного района, могут оказаться неодинаковыми. Такой особен­ ностью обладают и продукты переработки нефти. Вместе с тем различ­ ные нефти и продукты переработки весьма сходны между собой по так называемому элементарному химическому составу (табл. 3-1).

С = 12«/(12n + т), Н = т/(\2п + т).

Элементарный состав топлива важен при термохимических расче­ тах; по элементарному составу, в частности, подсчитывают теплоту сгорания топлива. Теплота сгорания определяется опытным путем

250

при помощи калориметра либо аналитически по элементарному хими­ ческому составу.

Низшая теплота сгорания жидкого топлива, по формуле Менделее­

где С, Н, О, S и W — весовые доли соответственно углерода, водоро­ да, кислорода, серы и влаги в топливе, %.

Некоторые жидкие топлива имеют следующую низшую теплоту сгорания, кДж/кг:

щих газов в топливе; числовые коэффициенты и коэффициент А пред­

251

Некоторые эксплуатационно-технические показатели

Фракционный состав характеризует испаряемость топлива, ука­ зывая объемные доли топлива, испаряющегося в определенном ин­ тервале температур. Этот показатель имеет важное значение для оцен­ ки качества жидкого топлива; чем больше в нем фракций, испаряю­ щихся в узком интервале температур, тем более одновременным будет испарение и более полным сгорание топлива в цилиндре двигателя. Высококачественное дизельное топливо состоит в основном из фракций, испаряющихся в интервале 200-г-350° С. Для двигателей с искровым зажиганием необходимо топливо, испаряющееся при более низких тем­ пературах.

О наличии легкоиспаряющихся фракций в топливе можно судить по его удельному весу. Ниже приводятся удельные веса некоторых жидких топлив, кг/л, при 15° С:

Вязкость, или внутреннее трение, характеризует степень теку­ чести жидкого топлива; она измеряется в единицах абсолютной кине­ матической вязкости — сантистоксах (сСт). Нормальная вязкость дизельного топлива для быстроходных транспортных дизелей в за­ висимости от условий его применения может быть летом в пределах 3,5-г-8,0 сСт, зимой — 3,5-г-6,0 сСт, для судовых дизелей — 3,0-f- -f-4,0 сСт. От вязкости топлива зависит качество его распыления и сгорания, а также характер и глубина проникновения (дальнобой­ ность) струи при впрыскивании в цилиндр дизеля. Повышение вяз­ кости топлива затрудняет его фильтрацию и прокачку, ухудшает распыливание топлива в камере сгорания, в результате чего удлиняется период задержки воспламенения. С другой стороны, чрезмерное сни­ жение вязкости ухудшает смазывающую способность втулки насоса, форсунки, усиливает износ топливной аппаратуры и повышает потери топлива через неплотности соединения.

Для топлив, применяемых в двигателях с искровым зажиганием, вязкость имеет меньшее значение.

Температурные показатели определяют изменение состояния топ­ лива в зависимости от его температуры. Среди этих показателей наи­ большее значение имеют температуры застывания и самовоспламене­ ния топлива.

Температурой застывания называется такая максимальная темпе­ ратура, при которой жидкое топливо в процессе охлаждения теряет текучесть. Этим показателем определяется возможность применения топлива при низких температурах. Для большинства дизельных топ­ лив температура застывания находится в пределах —10-.—45° С. Раз­ личают еще температуру помутнения, при которой в топливе появля-

252

ются кристаллы застывающих углеводородов и воды; появление в топливе значительного количества кристаллов означает прекраще­ ние его подачи через фильтры в жиклеры и форсунки. Температура помутнения дизельного топлива обычно на 54-10° С выше температу­ ры застывания.

Температурой самовоспламенения называется минимальная тем­ пература, при которой смесь топлива с воздухом самовоспламеняется без воздействия постороннего источника. Этот один из наиболее важ­ ных параметров для рабочего процесса двигателя зависит от среды, где находится топливо: в воздухе с нормальным давлением, в кислоро­ де, в сжатом воздухе и т. д. Температура самовоспламенения жидких топлив понижается с повышением давления среды.

Для обеспечения надежности воспламенения топлива в дизеле температуру сжатого воздуха, как показывают опыты, необходимо иметь на 2004-300° С выше температуры самовоспламенения топлива при соответствующем давлении, так как для нагревания и достаточ­ ного испарения впрыскиваемого в цилиндр топлива необходимо за­ тратить некоторое количество тепла сжатого воздуха.

Среди температурных показателей различают еще температуру вспышки и температуру воспламенения топлива. Температурой вспыш­ ки называется минимальная температура, при которой смесь паровтоплива с воздухом при поднесении к ней пламени воспламеняется. Температура, при которой топливо после вспышки горит с поверх­ ности не менее 5 сек, называется температурой воспламенения. Эти показатели характеризуют топливо с точки зрения огнеопасности при хранении и перевозке, а для рабочего процесса двигателя они не имеют существенного значения.

Октановое число характеризует антидетонационные свойства топ­ лива, применяемого в двигателях с искровым зажиганием, и является весьма важным эксплуатационно-техническим показателем.

Для оценки детонационных качеств топлива его сравнивают с эта­ лонными смесями. Сравнительные испытания ведутся на специаль­ ном одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия. При этом определяется, какая из эталонных смесей детонирует идентично испытываемому топливу. Для этой цели применяются два эталонных углеводорода: парафинового ряда алифатической группы изооктан (С8 Н1 8 ) и нормальный гептан (С7 Н1 6 ), имеющие почти одинаковые фи­ зико-химические свойства и совершенно различные склонности к детонации. Среди углеводородов большинства топлив, применяемых в двигателях с искровым зажиганием, изооктан обладает наибольшей

нормальным гептаном, при котором детонационная стойкость этой смеси является одинаковой с топливом испытуемого образца, назы­ вается октановым числом.

Для каждой марки двигателя в зависимости от степени сжатия, материала поршня и головки, формы камеры сгорания, способа ох­ лаждения, числа оборотов устанавливается необходимое октановое

253.