Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Обобщение экспериментальных данных
На рис. 9 приведены обобщенные развернутые индикаторные диаграммы, иллюстрирующие развитие процессов сгорания при удовлетворительном воспламенении (кривая 1) и при большой задержке воспламенения, когда сгорание начинается за ВМТ (кривая 2). Рисунок 9 – Развитие процессов воспламенения и сгорания при хорошей (1) и плохой (2) воспламеняемости топлив в дизеле НП – начало подачи (впрыска) топлива; НВС и НВС' - начало воспламенения; Рехр – давление на линии расширения
Если говорить о влиянии свойств топлив, то решающую роль играет фракционный и химический групповой состав топлива. Ухудшение испаряемости топлива, обусловленное утяжелением входящих в него фракций, требуй увеличения времени на прогревание капель топлива до более высоких температур испарения, а это, в свою очередь, увеличивает продолжительность подготовки топлива к сгоранию, рост величины φзад. Состав топлива, большее содержание какой-то из перечисленных углеводородных групп – определяются происхождением нефти, из которой это топливо получено и методом переработки исходного продукта. Парафиновые соединения легче всего вступают в реакции окисления, и поэтому период индукции топлив, имеющих в своей основе парафины, при прочих равных условиях, оказывается наименьшим. Ароматические соединения, имеющие наиболее прочные связи между атомами углерода, проявляют наибольшую стойкость к окислению. По этой причине топлива с высоким содержанием асфальтосмолистых соединений, основу которых составляют ароматики (это, как правило, крекинг-топлива) имеют наибольшие значения (φзад) [18, 58]. Нафтеновые соединения по самовоспламеняемости занимают промежуточное положение, т.е. характерный для них период задержки самовоспламенения менее продолжителен, чем у топлив, содержащих значительные количества ароматиков, но он все же больше, чем у топлив парафинового ряда. Показателем самовоспламеняемости дистиллятных топлив, оцениваемым по продолжительности периода индукции (задержки воспламенения), является цетановое число (по ГОСТ 3122-67). Дистиллятные топлива преимущественно парафинового ряда имеют ЦЧ в диапазоне 45-60 единиц, топлива с преимущественным содержанием ароматических составляющих – около 35. ЦЧ нафтеновых соединений колеблется между этими крайними значениями. Для крекинг-дистиллятов характерно очень высокое содержание ароматиков, и поэтому их ЦЧ малы – лежат в пределах 5-22 [58].
Величину ЦЧ определяют экспериментально на специальной одноцилиндровой установке с дизелем, имеющим переменную степень сжатия, в строго стандартных условиях. Однако сложность метода и невозможность оценки ЦЧ тяжелых топлив ограничивают его применение, что приводит к необходимости использования расчетных методом (по эмпирическим формулам, номограммам, таблицам, графикам и т.п.) [18, 19, 58]. В зарубежной практике в качестве показателя самовоспламеняемости чаще используют показатель «дизельный индекс» (ДИ), подсчитываемый по следующему выражению [4]:
(4)
Использованный здесь параметр APIgravity, плотность топлива по API, находят, руководствуясь понятием анилиновой точки (Aniline point), которая представляет собой минимальную температуру, при которой равные объемы анилина и пробы топлива взаимно растворяются [7, 58]. Метод основан на том, что ароматики растворяются в анилине лучше, чем нафтены и парафины. Для их растворения требуются более высокие температуры. Этот метод относительно прост, но его недостаток заключается в Ш, что на его базе, в отличие от метода определения ЦЧ, не представляется возможным непосредственно оценивать самовоспламеняемость топлива, с его помощью устанавливают лишь (с определенной точностью аппроксимации) присутствие в испытуемом топливе тех или иных групп углеводородов. Заметим, что в литературе [18, 58] часто дизельный индекс называют еще цетановым индексом (ЦИ). Дизельный индекс уступает по достоверности цетановому числу, обычно превышая его на 1-5 единиц. Однако, при решении практических задач такая ошибка вполне допустима. Для темных топлив, содержащих остаточные фракции, визуальное определение анилиновой точки затруднено, поэтому критерий ДИ используют, в основном, для оценки качества топлив типа Gas Oil и Marine Diesel Oil. Фирмой «ШЕЛЛ» для оценки самовоспламеняемости тяжелых остаточных топлив был разработан расчетный углеродно-ароматический индекс (CCAI). За основу принимают наличие связи, существующей, с одной стороны, между присутствием в топливах ароматических и парафиновых углеводородов, с другой стороны, с их плотностью и вязкостью. Напомним, что рост плотности свидетельствует об увеличении доли ароматических составляющих, а увеличение вязкости – о росте доли парафиновых составляющих.
Метод основан на получении расчетной оценки CCAI с использованием уравнения [5]:
(5)
Используемые здесь величины плотности и р15 и вязкости v50 могут быть взяты из сертификата (паспорта) на топливо. На основе многочисленных экспериментов было установлено, что для топлив с удовлетворительной воспламеняемостью численные значения CCAI находятся в пределах зоны, ограниченной сверху кривыми А и Б (рис. 10). Небезынтересно заметить, что хорошая воспламеняемость (малые значения параметра φзад) применительно к высокооборотным двигателям обеспечивается топливами с величинами CCAI меньше 840. Для среднеоборотных двигателей, у которых время, отводимое на процесс сгорания, не столь ограничено, можно допустить применение топлив, имеющих значения CCAI в пределах 850-870. Для малооборотных машин допустимы топлива с еще более высокими значениями критерия CCAI. Если же значения CCAI оказываются в зоне, расположенной выше кривой Б, то следует ожидать, что вероятен чрезмерно большой период задержки воспламенения, и что сгорание будет проходить на линии расширения, максимальное давление сгорания снизится, ухудшится экономичность, возрастут температуры выхлопных газов, двигатель будет перегреваться и дымить. Рекомендации рис. 10 следует рассматривать в качестве ориентировочных, т. к. реакция каждого двигателя на воспламеняемость топлива индивидуальна и зависит как от конструкции, так и от режимов, на которых он эксплуатируется [18, 58]. Рисунок 10 – Рекомендуемые зоны значений расчетного углеродно-ароматического индекса CCAI топлив, используемых в мало-, средне- и высокооборотных двигателях (а, б, в - соответственно)
Согласно данным [7, 18, 58] характер влияния ЦЧ на мощностные и экономические показатели не является однозначным и зависит от конструкции двигателя и типа смесеобразования, а при снижении ЦЧ ниже 40 при неизменном фракционном составе удельный расход топлива может увеличиваться. Так, по результатам испытаний многотопливного дизеля D-B ОМ 636 установлено, что с уменьшением ЦЧ удельный расход топлива увеличивается, а мощность падает, что осоенно проявляется при снижении частоты вращения коленчатого вала. Установлено также [58], что утяжеление фракционного состава, как правило, ведет к увеличению удельного расхода топлива и дымности выхлопных газов. Так, в дизеле с непосредственным впрыскиванием удельный расход больше примерно на 4% при использовании утяжеленных сортов топлива. Известно также, что воспламеняемость углеводородов [58] уменьшается в последовательности: парафиновые, нафтеновые, ароматические. В связи с этим увеличение в топливе концентрации ароматических и нафтеновых углеводородов за счет парафиновых приводит к ухудшению его воспламеняемости. В топливе утяжеленного фракционного состава это является положительным фактором, т.к. приводит к увеличению времени, предусмотренного для испарения топлива, что и компенсирует его низкую испаряемость.
На рис. 11 приведены экспериментальные индикаторные диаграммы быстроходного транспортного дизеля на трех топливах с разными значениями ЦЧ [58]. Из диаграммы следует, что с уменьшением значения ЦЧ (при неизменных регулировках топливной аппаратуры – угла опережения впрыска топлива и давления затяга пружины форсунки) характер изменения давления в цилиндре существенно меняется: значение максимального давления сгорания pz увеличивается, а процесс сгорания смещается на линию расширения за счет увеличения периода задержки воспламенения. Мощностные и экономические показатели дизеля при этом будут ухудшаться. Выполненные нами расчетно-экспериментальные исследования и оценка воспламеняемости различных образцов топлив, в том числе на специальном одноцилиндровом дизеле ИТ9-3 [7] по определению значений ЦЧ этих образцов из Западно-Сибирских нефтей, перерабатываемых на Омском нефтезаводе, а также обобщение данных других авторов [18, 58], позволило предложить графическую зависимость ЦЧ = f(LIM), приведенную в [7]. Развернутый анализ сводки формул для расчета значения ЦИ различных топлив был ранее выполнен в нашей работе [6].
Рисунок 11 – Влияние ЦЧ топлива на характер индикаторной диаграммы быстроходного дизеля 1 – топливо (ЦЧ52); 2 – топливо (ЦЧ42); 3 – топливо (ЦЧ29); θi1, θi2, θi2 – соответствующие значения длительности ПЗВ
Проверочные расчеты значений ЦЧ по эмпирическим формулам [1, 2, 6, 7] позволили нам рекомендовать для определения значения ЦИ для среднедистил- лятных топлив формулу:
(6)
где р5 = + 5у – значение плотности топлива; у – средняя температурная поправка плотности топлива на 1°С (ГОСТ 3900-85). Преимуществом формулы (6) является то, что значения плотности (при поставке топлива на экспорт) и температуры выкипания 50% фракции, как правило, приводятся в сертификате (паспорте) на топливо. Так, для образца дизельного топлива марки «Л» по ГОСТ 305-82 формула (6) дает значение ЦИ, равное 49 единиц. Тогда по графику работы [5] значение ЦЧ составит 45 единиц, что совпадает с точностью до ± 2 единиц по сравнению с опытом на установке ИТ9-3 [58]. Для топлива УФС значения ЦИ и ЦЧ составили соответственно 57 и 52 единиц. Таким образом, знание величин ЦЧ (ЦИ) или CCAI топлива необходимо для того, чтобы, во-первых, была возможность определить, пригодно ли рассматриваемое топливо по показателю воспламеняемости для данного двигателя или нет, и, во-вторых, чтобы получить априорную информацию о том, как будет происходить сгорание нового топлива, и заранее принять необходимые меры.
Проблемы 1. Ухудшение самовоспламеняемости и сгорания топлива. Такое снижение качества топлива может быть связано с увеличением в его составе продуктов крекинг-процессов. При этом характерно высокое содержание асфальтосмоли- стых соединений и ароматиков. 2. Рост периода индукции и снижение скорости сгорания. Изменения такого рода влекут за собой перенос характеристик сгорания на линию расширения, снижение величины pz (рис. 9), рост уровня тепловых нагрузок, снижение экономичности и мощности двигателя. 3. Увеличение жесткости сгорания и рост ударных нагрузок. При сжигании дистиллятных крекинг-топлив, для которых характерно большое содержание ароматических составляющих и обладающих в связи с этим плохой воспламеняемостью, рост периода задержки воспламенения вызывает еще и увеличение жесткости сгорания, а также рост интенсивности ударных нагрузок на подшипники. Рекомендации 1. Оценку самовоспламеняемости топлив рекомендуется осуществлять с использованием следующих показателей: ЦЧ – только для дистиллятных топлив: для высокооборотных двигателей – не ниже 50-55 единиц, для среднеоборотных – не ниже 45, для малооборотных – не ниже 35. CCAI – для тяжелых остаточных топлив, используемых в средне- и малооборотных двигателях: для среднеоборотных – не выше 870-890, для малооборотных – не выше 900-910. 2. Увеличению CCAI способствует рост плотности топлива, т. к. при это увеличивается количество тяжелых углеводородов (ароматиков и других тяжелых углеводородов). В то же время, увеличение вязкости снижает CCAI, что объясняется увеличением содержания в топливе парафиновых соединений, обладающих хорошей воспламеняемостью и сгоранием. Исходя из этого, следует избегать использования топлив, обладающих высокой плотностью, и не опасаться применения топлив, обладающих высокой вязкостью. Простота вычисления CCAI и нахождения определяющих его показателей выгодно отличают этот критерий от применяющихся показателей ЦЧ и ЦИ, хотя и носит преимущественно качественный характер. 3. Не рекомендуется использовать топлива с показателями самовоспламеняемости, не укладывающимися в рекомендуемые пределы. Если работа на таком топливе неизбежна, и температуры на выхлопе объективно увеличились, необходимо, во избежание тепловой перегрузки двигателя, снизить его рабочую нагрузку. 4. Высокооборотные дизельные двигатели особо чувствительны к ЦЧ дизельных топлив. Когда ЦЧ < 40, рекомендуется повышать значение этого параметра путем введения присадок (до 2%), активизирующих реакции окисления углеводородов топлива. Обычно применяют: металлоорганические присадки на базе магния – Амероид Марк-2, Амергайз, D II-3 Ethyl Corp., присадки FOT-D марок I, II и III фирмы «Амероид» (США) и др., а также отечественные присадки: марки СП-2, присадки на основе изопропил- или циклогексил-нитратов и др. Импортные присадки обычно представляют собой нефтепродукты с температурой вспышки 388-443К с характерным хлористым запахом, не токсичны.
В заключение добавим, что в последнее время на рынке появляются новые методы и технологии определения свойств топлива для ДВС, в том числе и для оценки воспламеняемости дизельных топлив. Так, российская фирма «Экрос» предложила октанометр СВП 1.00.000 (с дополнительной программой определения ЦЧ дизельных топлив) по технологии Института химии нефти СО РАН (сертификат № 2865 от 10.06.97 г.). Здесь погрешности измерения величины ЦЧ не более 0,6 единиц, что примерно в три раза меньше погрешности, принятой стандартом, а время определения ЦЧ составляет 1-2 секунды. Результаты измерения выводятся на жидкокристаллический дисплей.
|
||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-01-24; просмотров: 146; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.118.166.98 (0.017 с.) |