Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Курс лекций по дисциплине.doc
Скачиваний:
34
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

Фракции, использующиеся для производства реактивных топлив

Топливо

Фракция, оС

Т-2

60-280

ТС-1

150-250

РТ

135-280

Т-8

165-280

Т-6

195-315

tнк лимитируется опасностью образования паровых пробок.

t10% - характеризует пусковые свойства топлива.

Т-6, Т-8 используются при сверхзвуковых скоростях, у них tнк выше (195, 165оС).

t98% - характеризует полноту испарения, полноту сгорания, нагарообразование.

t50% связана с теплотой сгорания.

Таблица 2.7.

Характеристика товарных реактивных топлив

№

Показатели

ТС-1

РТ

Т-6

Т-8Б

Т-1

Т-2

Плотность при 20оС, кг/м3, не менее

775

775

810

800

800

755

Фракционный состав, оС

- НК

150

>135

195

165

150

60

- перегоняется при температуре, оС, не выше

10 %

165

175

200

-

175

145

50 %

195

225

235

-

225

195

90 %

230

270

290

-

270

150

98 %

250

280

315

280

280

280

Вязкость, сст

при 20оС, не ниже;

1,25

1,25

4,5

1,5

1,5

1,05

при -40оС, не выше;

8

16

60

16

16

6

Теплота сгорания низшая, Дж/кг, не менее

43120

43120

42900

42900

42900

43100

Высота некоптящего пламени, мм, не менее

25

25

20

20

20

25

Кислотность, мг КОН/100 мл, не более

0,7

0,2-0,7

0,4-0,7

0,4-0,7

0,7

0,7

t вспышки в закрытом тигле, оС, не ниже

28

28

62

40

30

-

t начала кристаллизации, оС, не выше

-60

-55

-60

-50

-60

-60

Давление насыщенных паров, кПа, не более

-

-

-

-

-

133

Иодное число, г J2/кг, не более

2,5

0,5

0,8

0,9

2

3,5

Термическая стабильность в статических условиях при 150оС,

осадок, не более

18

6

6

6

35

18

растворимые смолы

-

30

60

-

-

-

нерастворимые смолы

-

3

отсут.

-

-

-

отложения на подогревателе, баллы, не более

-

2

1

1

-

-

Термическая стабильность в динамических условиях при 150-180оС, перепад давления на фильтре, кПа, не более

-

10

10

10

-

-

Люменометрическое число, не менее

-

50

45

50

-

-

Содержание, % масс.

- нафтеновых

-

1,5

0,5

0,2

-

-

- ароматических

22

22

10

22

20

22

- фактических смол

3

4

4

4

6

5

- общей серы

0,2

0,1

0,05

0,1

0,1

0,25

- меркаптановой серы

0,003

0,001

отс.

0,001

-

0,005

Зольность, % масс., не более

0,003

0,003

0,003

0,003

0,003

0,003

Теплота сгорания определяет мощность двигателя и дальность полета летательного аппарата. Полнота сгорания определяет нагарообразование в двигателе. Нагар отлагается на поверхности камеры сгорания, лопатках турбины, соплах форсунок, что ведет к снижению мощности двигателя. Полнота сгорания связана с высотой некоптящего пламени и люменометрическим числом, которое зависит от химического состава топлива. Лучшие показатели горения у парафинов, худшие у аренов, особенно нафталиновых, поэтому их содержание в реактивных топливах ограничивается. Высота некоптящего пламени определяется при горении фитильной лампы. Величина для различных топлив составляет не менее 20 и 25 мм. Люменометрическое число является показателем эффективности сгорания топлива. Оно характеризует интенсивность теплового излучения испытуемого топлива по сравнению с эталонным топливом (смеси изооктана и тетралина). Для РТ, Т-8Б равно 50, Т-6 - 45, для ТС-1, Т-1, Т-2 нет.

Вязкость РТ нормируется при двух температурах: +20 и -40оС. При +20оС нормируется нижний предел вязкости. Для всех топлив, кроме Т-6 вязкость должна быть не менее вязкости при +20оС (1.05...1.25 сст, Т-6 4.5 сст). Это делается во избежание снижения смазывающих свойств реактивного топлива (топливо играет роль смазки при работе топливного насоса и влияет на износ). При -40оС устанавливается верхний предел вязкости во избежание нарушения равномерной подачи топлива (не выше 6...16 сст, Т-6 - 60 сст).

Для поддержания нормальной подачи топлива устанавливается температура начала кристаллизации (-50...-60оС).

Отложения в реактивных топливах - продукты окисления углеводородов и гетероорганических соединений. Отложения образуются при хранении топлив, образование их усиливается при контакте с кислородом и металлами, после гидроочистки, так как образуются олефины. В РТ после гидроочистки добавляют присадки - антиокислители. Термоокислительную стабильность характеризуют нормируемыми показателями:

  • иодное число (0.5...2.5 г иода на кг, не более);

  • содержание фактических смол.

Термоокислительная стабильность определяется статическим и динамическим методами.

Статический метод: образец топлива выдерживается в течении 1 часа при 150оС в герметичной бомбе с опущенной в него медной пластинкой. Объем топлива 25 мл, бомбы - 250 мл. По окончании выдержки определяется содержание в топливе нерастворимого осадка, растворимых и нерастворимых смол.

Динамический метод: топливо прокачивается со скоростью 5 л/час через спец установку, включающую в себя калиброванный фильтр, подогреватель, камеру с металлическими пластинами. Термостабильность оценивается по изменению перепаду давления на фильтре, по цвету отложений, образующихся на стенках подогревателя. Цвет - в баллах.

Коррозионная активность. Зависит от характера и количества гетероатомных соединений, температуры и продолжительности контакта, кислотности, наличия растворимых кислот, щелочей. Особенно велика коррозионная активность меркаптановой серы. Коррозионную активность проявляют находящиеся в РТ металлы (ванадий, натрий) - происходит разрушение камеры сгорания, лопаток турбины. Ванадий - переносчик кислорода для металла камеры - то окисляется, то восстанавливается. В присутствии натрия эти процессы ускоряются. В РТ нормируется зольность (% масс, не более 0.003), которая влияет на величину нагара в камере сгорания.

Марки РТ.

Топлива для дозвуковых двигателей. Самые массовые марки ТС-1, РТ. В ограниченных количествах выпускаются Т-1, Т-2, Т-1С.

ТС-1 - прямогонная фракция 140-250оС из нефтей восточных районов страны. Гидроочистке не подвергается. Низкий конец кипения обусловлен высоким содержанием нормальных парафинов. В топливе допускается высокое содержание серы (до 2, меркаптановой - до 0.003%) При превышении этих значений добавляют гидроочищенные фракции.

РТ. Фракция 135-280оС + гидроочистка. Серы общей 0.1, меркаптановой 0.001. Из-за гидроочистки снижается химическая стабильность, противоизносные свойства. Добавляют присадки. По сере, tнк, содержанию аренов РТ превосходит реактивные топлива европейского рынка.

Т-1. Прямогонная фракция малосернистых, нафтеновых нефтей, добываемых в Азербайджане. Низкая tнк при высоком конце кипения (280оС). Повышенное содержание смол, низкая термостабильность. Ресурс двигателя в 2 раза ниже на Т-1, чем на ТС-1, РТ.

Т-2. Широкий фракционный состав с добавлением бензиновых фракций. tнк = 60оС, поэтому ограничивается ДНП. Вырабатывается из сернистых нефтей. Высокое содержание обеих сер, смол. Считается резервным, широко не применяется.

Топливо для сверхзвуковой авиации. Скорость звука 1200 км/ч.

Различают сверхзвуковое РТ для скорости 2.5 М (числа Маха) и 3.5 М. При сверхзвуковом полете топливная система разогревается до 300оС, поэтому используется топливо утяжеленного фракционного состава.

Для скорости до 2.5 М топливо Т-8Б. Фракция 165-280оС. Получают из прямогонной фракции с гидроочисткой. Серы немного.

Топлива для 3.5 М (военные истребители) Т-6. Фракции 195-315оС прямогонные и вторичные. Применяют процесс глубокого гидрирования. В топливе мало серы и аренов (общей серы 0.05 (для сравнения, у других 0.1-0.25), меркаптановая отсутствует (0.001-0.003), ароматических 10 % масс. (20-22)).

Во все топлива вводят антистатические присадки, противоводокристаллизационные. В гидроочищенное топливо вводят антиокислительные (агидол), противоизносные (ДНК).

Дизельные топлива.

Характеристики товарных дизельных топлив представлены в табл. 2.8. Несколько слов о двигателях. Различают быстроходные двигатели (частота вращения коленвала более 1000 оборотов в минуту) и тихоходные (до 600-700 об/мин).

В первую очередь характеристикой дизельного топлива является цетановое число. Современные сорта дизельного топлива имеют цетановое число, равное 45. Как известно ЦЧ связано с химическим составом, существуют формулы, связывающие ЦЧ с содержанием в топлива аренов, нафтенов и парафинов. Однако ЦЧ можно повысить введением в топливо присадок. Такими являются, например, изопропилнитрат, циклогексилнитрат. Они понижают температуру вспышки и повышают коксуемость топлив, добавка исчисляется долями %.

От фракционного состава топлива зависит качество его распыления в цилиндре, полнота сгорания, степень нагарообразования. Если в ДТ много легких фракций, дизель работает жестко, так как к моменту самовоспламенения будет высокая концентрация паров в цилиндре, скорость горения будет чрезмерной. Тяжелое топливо хуже распыляется в цилиндре, сгорает неполностью, стенки цилиндра, поверхность поршня, сопла и форсунки закоксовываются. Нормируются t50% (не выше 255оС (арктическое ДТ) - 280оС (иные)) и t96% (не выше 330-360оС).

Вязкость и плотность ДТ определяют процессы испарения и смесеобразования в дизеле. При высоких значениях возрастает неполнота сгорания, расход топлива из-за большого размера капель топлива в цилиндре.

При низких значениях вязкости и плотности возрастают утечки топлива в топливном насосе, снижается давление топлива при распыления, увеличивается износ трущихся деталей в топливном насосе. Кинематическая вязкость нормируется, сст: 3-6 (летнее и ДЛЭУ(дизельное летнее экологически чистое)), 1.8-5.0 (зимнее и ДЗЭУ), 1.5-4.0 (арктическое). Плотность при 20оС кг/м3, не более 830-860 (в зависимости от сорта).

Таблица 2.8.

Характеристика товарных дизельных топлив

№

Показатели

Летнее

ДТ

Зимнее

ДТ

Арктическое

ДТ

ДЛЭЧ

ДЗЭЧ

Цетановое число, не менее

45

45

45

45

45

Фракционный состав: перегоняется при температуре, оС,

50 %, не выше

280

280

255

280

280

96 %, не выше

360

340

330

360

340

Кинематическая вязкость, сст

3-6

1,8-5,0

1,5-4,0

3-6

1,8-5,0

Температура застывания, для зон

-10

-35

умеренная, не выше

-10

-35

-

холодная, не выше

-

-45

-55

Температура помутнения, для зон

умеренная, не выше

-5

-25

-

-

-

холодная, не выше

-

-35

-

-

-

Температура предельной

фильтруемости, оС, не более

-

-

-

-5

-25

Температура вспышки в закрытом тигле, оС, не более

- для тепловозных и судовых дизелей

62

40

35

40

35

- для дизелей общего назначения

40

35

30

40

35

Содержание серы, масс.

вид I

0,2

0,2

0,2

0,05

0,05

вид I

0,5

0,5

0,5

0,1

0,1

меркаптановой

0,01

0,001

0,01

отсутствует

Испытание на медную пластинку

Выдерживает

Содержание фактических смол, мг/100 мл, не более

40

30

30

-

-

Кислотность, мг КОН/100 мл

5

5

5

5

5

Иодное число, г J2/кг

6

6

6

-

-

Зольность, % масс., не более

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

Коксуемость, % остатка, не более

0,2

0,3

0,3

0,2

0,2

Коэффициент фильтруемости, не более

3

3

3

-

-

Цвет, баллы, не более

-

-

-

2

2

Содержание воды и мех. примесей

Отсутствуют

Содержание ароматических углеводородов, % масс, не более

-

-

-

20

10

Плотность при 20оС, кг/м3,

не более

860

840

830

860

840

Температура застывания определяет, в основном, условия складского хранения топлива, чтобы его можно было вылить из резервуара без нагревания (для умеренных зон нормируется для всех, кроме арктического, -35оС - зимнее и ДЗЭУ, -10оС для летнего и ДЛЭУ; для холодных зон нормируется для зимнего (-45оС) и арктического (-55оС)).

Температура помутнения и предельная температура фильтрации определяют условия эксплуатации ДТ. Температура застывания на 5-7оС ниже температур застывания и предельной фильтрации. Последние величины примерно равны (разница 1-2оС). Предельная температура фильтрации - температура, при которой перепад давления на фильтре превышает допустимое значение. Тпомут. нормируется в умеренных зонах для летнего (-5оС) и зимнего (-25оС), в холодных зонах для зимнего (-35оС). Тп/ф нормируется для ДЛЭЧ (-5оС), ДЗЭЧ (-25оС).

Температура вспышки непосредственно на ДТ не влияет, связана с содержанием легких фракций.

Коррозионная агрессивность определяется содержанием общей и меркаптановой серы. Общей серы до 0.2 %, в экологических до 0.05%, меркаптановой - 0.01 %, в экологических - отсутствует. Наличие сернистых соединений, кроме того ускоряет окисление масла в двигателе.

Стабильность при хранении определяется иодным числом (6), содержанием фактических смол (30-40 мг/100 мл), содержанием водорастворимых кислот и щелочей , кислотностью (5 м/ КОН/100 мл).

Чистота топлива определяется показателями, влияющими на нагарообразование в цилиндрах, механический износ движущихся деталей в цилиндре:

- зольность (0.01 %).

- коксуемость (количество кокса, образовавшегося при выдержке НП при 800-900оС. Зависит от содержания асфальто-смолистых веществ). Для ДТ определяют коксуемость 10 % остатка, то есть, отгоняют 90% топлива и определяют коксуемость для того, что осталось (0.2-0.3 %).

- коэффициент фильтруемости (Отношение времени фильтрования последних 200 мл топлива ко времени фильтрования первых 200 мл топлива при фильтрации 2 л ДТ в стандартных условиях). Характеризует чистоту и зависит от содержания воды, механических примесей и смолистых веществ (3).

- цвет выражается в единицах цветовой шкалы (2 для экологических топлив)) .

- содержание механических примесей и воды (отсутствуют).

Содержание аренов - для экологически чистых ДТ (продукты сгорания аренов - канцерогены). ДЛЭЧ - 20 % масс, ДЗЭЧ - 10 % масс.

Моторные масла.

Несколько слов о маслах вообще. Выпускается несколько сот сортов масел. Масла выполняют следующие функции в технике:

  1. Улучшают коэффициент трения.

  2. Защищают от коррозии.

  3. Охлаждают трущиеся детали и уплотняют зазор между деталями.

  4. Служат рабочими жидкостями в гидравлических системах, электроизоляционной средой в трансформаторах, масляных выключателях.

По области применения масла подразделяются на:

  • моторные (более 60 %);

  • индустриальные (около 30 %), которые объединяют в группы:

  • масла для гидросистем;

  • масла приборные;

  • масла для направляющих скольжения;

  • трансмиссионные масла - для смазки зубчатых передач на автотранспорте (5 %);

  • специальные масла (5 %)., как то:

  • турбинные;

  • компрессорные;

  • электроизоляционные;

  • холодильные.

По источнику сырья масла делятся на минеральные и синтетические (диэфирные, фтороуглеродные, силиконовые).

Минеральные масла делятся по сырью на:

  • дистиллятные, из вакуумных погонов (погоны суть те же фракции);

  • остаточные, получаемые из гудрона;

  • компаундированные или смешанные.

Тип сырья будет определять свойства масел, в первую очередь вязкость: для дистиллятных < компаундированных < остаточных.

Качество масел оценивается следующими показателями:

  • вязкость;

  • ИВ;

  • температура застывания;

  • температура вспышки;

  • коксуемость;

  • стабильность к окислению;

  • противоизносные свойства;

  • защитные и антикоррозионные свойства.

Собственно моторные масла

В двигателе масло находится в картере и оттуда масляным насосом по системе трубопроводов подается к трущимся деталям. Температура в картере около 50оС, в цилиндре - до 2000оС. Масло частично сгорает. На трущихся поверхностях масло окисляется под давлением несколько сот атмосфер, постоянно находясь в контакте с кислородом и механическими поверхностями, катализирующими окисление. Из этих варварских, нечеловеческих условий вытекают требования, предъявляемые к моторным маслам:

  • хорошая смазывающая способность;

  • высокая стабильность;

  • отсутствие коррозионной активности и нагарообразования.

Моторные масла классифицируются по вязкости и областям применения.

По областям применения выделяют 6 групп масел (чем выше степень сжатия, тем выше степень форсирования):

1. А - нефорсированные карбюраторные и дизельные двигатели.

2. Б1 - малофорсированные карбюраторные двигатели;

Б2 - малофорсированные дизельные двигатели.

  1. В1 - среднефорсированные карбюраторные двигатели;

В2 - среднефорсированные дизельные двигатели.

  1. Г1 - высокофорсированные карбюраторные двигатели (а/м "Жигули");

Г2 - высокофорсированные дизельные двигатели;

  1. Д - - высокофорсированные двигатели, работающие в тяжелых условиях.

  2. Е - для дизельных нефорсированных малооборотных двигателей, работающих на высокосернистых топливах.

Классификация по вязкости (8 классов от 6 до 26 сст при 100оС).

Есть 18 классов для загущенных масел. Кроме вязкости при 100оС, для них нормируется вязкость при -18оС.

В таблице 2.9. приведены свойства нескольких российских и американских моторных масел, предназначенных, как это видно из обозначения, для высокофорсированных карбюраторных двигателей.

SAE - аббревиатура американского общества автомобильных инженеров.

Термоокислительная стабильность по методу Пааок определяется таким образом: масло превращается в лаковую пленку (термическим воздействием), способную удержать металлическое кольцо на поверхности металла при силе отрыва оного кольца, равной 1 кг.

Таблица 2.9.

Характеристика товарных масел

Показатели

М-12Г1*, SAE-90

М-8Г1**, SAE-90

М-6з/10Г1***, SAE-10W/30

Вязкость при 100оС, сст

120,5

80,5

100,5

ИВ

95

100

125

Зольность, % не более

1,3

1,3

1,65

Щелочное число, мг КОН/г, не менее

8,5

8,5

11,0

Содержание мех. примесей, %об

0,015

0,015

0,015

Твсп в О.Т. не ниже, оС

220

210

210

Тзаст, не выше, оС

-20

-30

-32

Термоокислительная стабильность по методу Пааок при 250оС, мин, не менее

70

50

40

* - летнее масло; ** - зимнее масло (ниже вязкость, смазочная способность);

*** - загущенное. Всесезонное. В него введены загустители: при низкой t сохраняется подвижность, при высокой - смазывающая способность.