Файл: Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие..pdf

ве чего разрабатываются научно обоснованные требования к ка­ честву продуктов, определяются пути улучшения их качества и ме­ тоды оценки.

Изучение эксплуатационных свойств конкретных видов горюче­ го и смазочных материалов будет более эффективным, если предва­ рительно рассмотреть и проанализировать наиболее общие экс­ плуатационные свойства: прокачиваемость, испаряемость, стабиль­ ность, коррозионность и токсичность.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЦЕСС ПОДАЧИ

Значение прокачиваемости. Прокачиваемость характеризует по­ движность горючего и смазочных материалов, способность обеспе­ чивать определенную скорость перекачки по трубопроводам или объем подачи в системах питания и смазки двигателей. Необходи­ мым условием работы всех двигателей внутреннего сгорания явля­ ется подача в камеры сгорания в строгом соответствии с заданны­ ми характеристиками топлива и подача масла к трущимся деталям.

Основной характеристикой процессов подачи или перекачки яв­ ляется их скорость, которая в общем виде может быть представле­ на выражением

dGv

S Td х ■

В ряде случаев скорость процессов подачи или перекачки опре­ деляется пропускной способностью фильтров

*Рг (Rc.o Н“ Рф.п)

где GT— количество прокачиваемого (фильтруемого) топлива; «У, и .Уф— соответственно площадь сечения трубопровода и

поверхность фильтрования; т — время; рг — плотность горючего;

рг — динамическая вязкость горючего;

Rc.o и R$.„ — соответственно сопротивление слоя осадка и филь­ тровальной перегородки.

Характеристики подачи очень часто задаются в виде зависимо­ стей

Gr = Gr(T) •

Нарушения в подаче топлива ухудшают мощностные и экономи­ ческие показатели двигателя, снижают надежность его работы, а в отдельных случаях вызывают отказы в работе. Нарушения пода­ чи масла в двигателе и агрегатах машин резко сокращают срок их службы и могут вызвать серьезные поломки. Прокачиваемость го­ рючего существенно влияет также на работу технических средств перекачки и заправки.

Основными причинами нарушения подачи и перекачки топлива являются:

—снижение производительности топливных насосов;

—увеличение гидравлического сопротивления в трубопроводах

ирегулирующих агрегатах;

—забивка фильтров и узлов регулирующих устройств;

—образование паровоздушных пробок на отдельных участках системы.

Вид нарушений зависит от конструктивных факторов, условий осуществления процесса подачи и свойств горючего или смазочного материала.

Конструктивные факторы. Геометрические размеры трубопро­ водов, форма каналов в насосах и регулирующих устройствах, ма­ териал и шероховатость стенок оказывают существенное влияние на затраты энергии при течении по ним жидких продуктов. Осо­ бенно сильно влияют различного рода сужения и резкие изменения направления движения потока. Коэффициент гидравлического со­ противления зависит от безразмерных параметров: критерия Рей­ нольдса Re и относительной шероховатости. Изменения сопротив­ ления в отдельных узлах, агрегатах и фильтрах происходят в ре­ зультате закупоривания твердыми частицами и смолистыми осад­ ками узких каналов, щелей и пор фильтровальных перегородок. Удержание различных частиц и забивка узких щелей и пор зави­ сят от материала узла или фильтра, состояния поверхностей и при­ роды частиц. Существенное значение имеет адсорбирующая спо­ собность фильтровального материала, определяемая природой и размером его внутренней поверхности, а также знаком и величиной электрического заряда на поверхности частиц и фильтровальной перегородки.

Условия подачи и перекачки. К условиям осуществления про­ цесса подачи и перекачки относятся: количество подаваемого про­ дукта и степень его загрязненности, продолжительность циклов по­ дачи или перекачки, скорость перекачки, температура продукта и окружающей среды, ее влажность и загрязненность. Условия пере­ качки оказывают непосредственное влияние на производительность перекачивающих средств и пропускную способность фильтров и ре­ гуляторов, а также на физико-химические свойства перекачивае­ мого продукта, что отражается на его прокачиваемости. Например, изменение сопротивления единицы поверхности фильтровального материала в зависимости от объема отфильтрованной жидкости VT при постоянном перепаде давления на фильтре и при переменной скорости фильтрования определяется формулой

6^?ф.п = АЯф.п

~dV 7

Коэффициент k и показатель степени п зависят от характери­ стик фильтровальной перегородки и жидкости, загрязненности по­ следней, размеров механических примесей и частиц осадка. Если

68

жидкость содержит частицы твердой фазы, то в процессе фильтро­ вания образуется осадок на поверхности и внутри пор фильтроваль­ ной перегородки и сопротивление фильтрованию растет. По мере фильтрования не только загрязненных, но и чистых жидкостей гид­ равлическое сопротивление растет. Это может происходить в ре­ зультате образования в каналах фильтра мелких пузырьков пара или газа, которые закупоривают каналы.

При понижении давления появление пузырьков пара или раст­ воренного в жидком продукте газа может наблюдаться во всасы­ вающей полости насосов и в трубопроводах. Нарушение сплошно­ сти потока возможно, когда абсолютное давление становится рав­ ным давлению насыщенных паров жидкости. Если в потоке перека­ чиваемого продукта образуются пузырьки газа, то при прохожде­ нии области пониженных давлений начинается их рост, что вызы­ вает снижение производительности насоса и даже срыв в подаче. Если появление в потоке жидкости пузырьков пара или газа сопро­ вождается в дальнейшем конденсацией и исчезновением парогазо­ вой фазы, то наступает кавитация.

Характеристики подачи могут изменяться при резких измене­ ниях сопротивлений в агрегатах и узлах систем подачи, вызываю­ щих возникновение волн‘ давления.

Физико-химические свойства перекачиваемой жидкости. Свой­ ства горючего или смазывающего материала определяют:

■— характер движения жидкости по трубопроводам, каналам и

вфильтровальных перегородках;

—возможность образования и удерживание во взвешенном со­ стоянии частиц твердой фазы и образование осадков при взаимо­ действии с материалом трубопроводов и агрегатов системы подачи,

атакже с кислородом воздуха;

—выделение льда и кристаллов углеводородов при охлажде­ нии продукта;

—образование паровоздушных пробок.

Для каждой системы подачи и перекачки существует предель­ ное значение вязкости продукта, превышение которой вызывает нарушения в работе этих систем. Одной из основных причин нару­ шения в подаче является забивка фильтров и проходных сечений в некоторых агрегатах системы в результате наличия или образова­ ния в топливе или масле твердой фазы в виде льда, кристаллов углеводородов, частиц органического и неорганического происхож­ дения.

Прокачиваемость горючего и смазочных материалов зависит также от поверхностного натяжения, плотности, способности сма­ чивать поверхность каналов и электризуемое™. Для некоторых топ­ лив и масел возможно физико-химическое взаимодействие с фильт­ ровальным материалом, в результате которого в нем задержива­ ются не только твердые, но и некоторые растворимые вещества.

Прокачиваемость топлива и масла при низких температурах определяется в основном вязкостью и температурами кристалли­

69

зации и застывания, а также гигроскопичностью, в меньшей сте­ пени величинами плотности и поверхностного натяжения. При по­ вышенных температурах существенную роль играют давление на­ сыщенных паров и склонность к образованию осадков.

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВОЙСТВА

Вязкостные характеристики. Для ньютоновых жидкостей каса­ тельное напряжение трения тсд между двумя прямолинейно дви­ жущимися ее слоями пропорционально отнесенному к единице дли­ ны изменению скорости по нормали к направлению движения

ляется свойствами жидкости и ее температурой. Коэффициент ки­ нематической вязкости

Изменение коэффициента кинематической вязкости в узких диа­ пазонах температур описывается уравнением

А_ vr = Вет ■

Из различных эмпирических формул для выражения вязкостно­ температурной зависимости наиболее известна формула Вальтера, которая после двойного логарифмирования имеет вид

lg lg K + 0,8) = A - S l g 7 \

где А и В — постоянные.

При низких температурах топлива и масла не обладают свой­ ствами ньютоновой жидкости. При этом коэффициент динамиче­ ской вязкости не является постоянной величиной вследствие обра­ зования «структуры» и ее изменения в процессе течения. В этом случае зависимость между напряжением и градиентом скорости сдвига

является нелинейной. С увеличением давления вязкость возрастает, причем тем больше, чем ниже температура жидкости. Изменение коэффициента динамической вязкости в зависимости от давления выражается эмпирической зависимостью

V-p= № кр >

где рг— коэффициент динамической вязкости при данной темпе­ ратуре и атмосферном давлении.

70

Вязкость углеводородных горючих и смазочных материалов воз­ растает с увеличением молекулярной массы, степени разветвлен­ ности и компактности структуры молекул. Для углеводородов с одинаковой молекулярной массой вязкость повышается в следую­ щем ряду: н-алканы, изоалканы, цикланы, ароматические углево­ дороды. Наиболее пологую вязкостно-температурную кривую име­ ют н-алканы, а наиболее крутую — ароматические углеводороды. Вязкость разветвленных алканов не только выше, но и более резко растет с понижением температуры, чем вязкость соответствующих им по молекулярному весу н-алканов.

Наличие в молекуле углеводорода колец и увеличение их числа повышают вязкость. Чем больше молекулярная масса, тем сильнее строение молекул оказывает влияние на вязкость и вязкостно-тем­ пературные свойства. Соотношение вязкостей циклановых и арома­ тических углеводородов изменяется в зависимости от количества колец, длины и строения боковых цепей (табл. 7). Наиболее кру­ тые вязкостно-температурные кривые имеют смеси, содержащие полициклические углеводороды с короткими боковыми цепями.

Кристаллизация и застывание. Понижение температуры приво­ дит к изменению фазового состояния топлива и масел. При этом образуется кристаллическая структура или аморфная пластиче­

влага, которая замерзает в тонкие иглоподобные кристаллы. Изме­ нение фазового состояния углеводородных смесей с изменением температуры, не содержащих влагу, начинается с выделения из пе­ ренасыщенного раствора зародышей кристаллов. В дальнейшем при охлаждении раствора кристаллизация протекает на уже обра­ зовавшихся частицах твердой фазы, которые растут за счет окру­ жающего материала. Структура и количество кристаллов сильно изменяются в зависимости от состава углеводородной смеси и усло­

71