Назначение топлив, масел и пресной воды и влияние их качества на надежность СЭУ и жизнеобеспечение экипажа судна.

Основными требованиями, предъявляемыми к современным энергетическим установкам, является надежность, экономичность и ремонтопригодность. Выполнению этих требований способствует качественное приготовление и использование рабочих сред: топлива, масла, воды и воздуха.

1.1.1 Топливо

Дизельное топливо должно обеспечивать надежную и стабильную работу дизеля с заданными характеристиками, иметь оптимальные воспламеняемость и испаряемость, обладать низкой коррозионностью, высокой стабильностью.

Для качественной оценки топлива необходимо располагать информацией о свойствах топлива и требованиям к их хранению и использованию, особенно при работе ДВС на остаточных топливах с высоким содержанием асфальто-смолистых веществ и высоким значением коксового остатка. К основным свойствам топлива относятся:

- Вязкость топлива. Одна из основных характеристик, влияющая на процессы сгорания топлива, надежность работы и долговечность топливной аппаратуры, и возможность использования топлива при низких температурах.

Величина вязкости может быть выражена в единицах вязкости динамической, кинематической и в условных единицах.

В настоящее время вязкость топлива определяется в единицах условной вязкости и единицах кинематической вязкости.

Единицы условной вязкости – градусы Энглера °Е или °ВУ – отношение времени истечения 200 мл нефтепродукта при определенной температуре ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20° С через калиброванное отверстие вискозиметра.

Кинематическая вязкость измеряется в сантистоксах и определяется на капиллярном вискозиметре по времени перетекания определенного объема жидкости через капилляр под действием собственной массы при заданной температуре.

Для расчета кинематической вязкости (в сантистоксах) необходимо величину динамической вязкости разделить на плотность топлива.

До 1977 г. распространенной единицей вязкости вязких сортов топлив были секунды Рейд Вуда, измеряемые при 100 градусах по Фаренгейту.

Плотность. Плотность характеризует фракционный состав, испаряемость топлива и его химические свойства. Высокая плотность означает относительно более высокое соотношение углеводорода и водорода.

Механические примеси. Механические примеси в топливе имеют органическое и неорганическое происхождение. Это ржавчина, песок, карбиды – твердые частицы, образующиеся в топливе в процессе переработки нефти. Приводят к зависанию плунжеров и форсуночных игл, способствуют образованию нагаров на стенках камеры сгорания поршня и в выпускном тракте.

Содержание воды. Вода содержится в топливе в виде взвеси или эмульсии. При большем содержании ее в топливе (более 2%) могут возникнуть трудности при сжигании топлива в двигателе, особенно при образовании отстойной воды в момент поступления топлива в двигатель. В этом случае неизбежны пропуски вспышки в отдельных цилиндрах, а при продолжительном использовании обводненного топлива, и остановка двигателя.

Коксовый остаток. Коксовый остаток – массовая доля углекислого остатка (в процентах), образующегося после сжигания в стандартном приборе испытуемого горючего или его 10%-ного остатка.

Величина коксового остатка характеризует неполное сгорание топлива и образование нагара. Для остаточных топлив величина коксового остатка определяется по Конрадсону.

Содержание кокса для различных марок топлив различно. У дистиллятных топлив он не высок (0,3 – 0,5%), у остаточных крекингированных топлив он достигает значительных величин, что приводит к резкому возрастанию нагарообразования.

Поэтому при сжигании тяжелого топлива необходимо особо тщательно следить за техническим состоянием форсунок и топливных насосов, а также за распределением нагрузки по цилиндрам.

Температура вспышки. Температурой вспышки называют наименьшую температуру, при которой пары топлива, нагреваемого при строго определенных условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Она зависит от количества легких фракций в топливе и характеризует нижний предел воспламенения испытуемого горючего в смеси с воздухом, Для большинства топлив температуру вспышки определяют путем нагрева топлива в закрытом тигле и по Правилам Регистра на судах можно использовать лишь топливо с температурой вспышки не ниже 61°С.

Температура застывания. За температуру застывания принимают ту температуру, при которой топливо теряет подвижность. От температуры застывания зависит возможность транспортировки топлива по трубопроводам без его подогрева. Температура помутнения - характеризуется началом кристаллизации парафина, растворенного в топливе, а температура застывания - потерей подвижности, вследствие кристаллизации, при пониженных температурах окружающей среды.

Содержание серы. Сера присутствует в топливе, в основном, в составе органических соединений, При сгорании сера образует сернистый и серный ангидриды, которые при соединении с водой образуют сернистую и серную кислоты, вызывающие сильную коррозию поверхностей, на которых они могут конденсироваться.

Содержание золы. Содержание золы является мерой содержания неорганических несгораемых примесей в топливе. Эти примеси являются, частично, естественными компонентами сырой нефти, частично выносятся в процессе ее переработки (например, при каталитическом крекинге), а также при хранении, обработке, транспортировке.

Золообразующие материалы существуют в виде твердых составляющих, механических примесей и растворенных в топливе веществ.

Содержание ванадия и натрия. Присутствие в топливе этих двух элементов имеет большое значение. Как причина высокотемпературной коррозии на наиболее горячих металлических поверхностях, таких как поверхности выхлопных клапанов в дизельных двигателях и трубки пароперегревателей в котлах.

При одновременном содержании ванадия и натрия в топливе образуются ванадаты натрия с температурой плавления приблизительно 625 °С.

Эти вещества вызывают размягчение слоя окисла, который обычно защищает металлическую поверхность, что вызывает разрушения границ зерен и коррозионное повреждение большинства металлов. Поэтому содержание натрия должно быть меньше 1\3 содержания ванадия.

Если содержание натрия в топливе незначительно, то образуется пяти окись ванадия, действующая подобно ванадату, хотя она имеет более высокую температуру плавания (675° С).

Важно также избегать условия, при которых увеличивается термическая нагрузка, например, соблюдать правила эксплуатации и регулировки двигателя, избегать его перегрузки.

Как правило, ванадий содержится в асфальто-смолистой части топлива.

Содержание алюминия и кремния. Остатки процесса каталитического крекинга в сжиженном слое могут содержать высокопористые алюмосиликатные соединения, которые могут вызвать тяжелые абразивные повреждения элементов топливных систем, а также поршней, поршневых колец и втулок цилиндров.

Цетановое число достаточно полно характеризует период задержки самовоспламенения, от которого зависит скорость нарастания давления в цилиндре, а следовательно, и жесткость работы дизеля. Имеет значение от 0 до 100. Для тяжелых топлив составляет 25 единиц, дистиллятных дизельных топлив - 50.

1.1.2 Масло

При эксплуатации двигателя смазка выполняет следующие функции:

- замена металлического трения жидкостным трением смазочной пленки;

- защита узлов двигателя от коррозионных воздействий газов сгорания;

- отвод теплоты трения и охлаждения деталей;

- обеспечение дополнительного уплотнения между поршнями, поршневым кольцом и втулкой цилиндра;

- поддержание во взвешенном состоянии пыли, нагаров и продуктов старения;

- нейтрализация минеральных кислот, обра­зующихся при сгорании сернистых топлив.

Следовательно, необходим тщательный уход за смазочным маслом для бесперебойного и экономичного режима работы двигателя. Качество масла оценивается по его характеристикам:

Вязкость. Этот один из важнейших показателей. Кинематическая вязкость моторных масел задается при 100 и 50 ^оС. Может указываться индекс вязкости — эмпирический пока­затель, характеризующий скорость изменения вязкости масла в за­данном диапазоне температур. Низкий индекс вязкости свидетельствует об от­носительно большом изменении вязкости с изменением темпера­туры, а высокий — о малом изменении. Предпочтительны масла, приготовленные на парафиновой основе, характеризуются пологой зависимостью вязкости от температуры с индексом вязкости 100—155. Для улучшения индекса вязкости в масло вводят небольшое количество спе­циальных присадок, присутствие которых увеличивает вязкость масла при высоких температурах значительно больше, чем при низких, тем самым придавая маслу пологую вязкостно-темпера­турную зависимость. С помощью этих присадок удается повы­сить ИВ парафиновых масел до 160. Для цилиндровых масел ин­декс вязкости не нормируется.

Температура вспышки характеризует склонность масла к об­разованию взрывоопасных смесей с воздухом и находится в пределах 180…270 °С. Значение температуры вспышки требует постоянного контроля и при достижении ниже 170 °С (в случае попадания топлива в масло) масло заменяют.

Температура застывания. При снижении до определенной температуры масло переходит в твердое или полутвердое состояние. Температура, при которой масло теряет свою подвижность (текучесть), называется температурой засты­вания и находится в пределах минус 10 °С. Всесезонные масла имеют более низ­кие температуры.

Вспениваемость. Пенообразование — результат образования в слое масла газовой эмуль­сии (пузырьков газа в виде пенных ячеек). Пенообразование уменьшает или полностью прекращает подачу масла к узлам трения.

Антикоррозионные свойства. Масло должно обладать нейтра­лизующим действием присадок при их взаимодействии с обра­зующимися в цилиндре органическими кислотами (в первую очередь серной H₂SO₄) и продуктами окисления самого масла, приводящими к электрохимической коррозии и интен­сивному изнашиванию деталей ЦПГ. Нейтрализация кислот дос­тигается путем введения в масло присадок, придающих ему ще­лочные свойства, характеризующиеся общим щелочным числом. Современные цилиндровые масла обычно имеют щелочное число в пределах 40…70 мг КОН на 1грамм масла, хотя некоторые фирмы предлагают цилиндровые масла со щелочным числом 100.

В тронковых двигателях, где смазка цилиндров обеспечивается разбрызгиванием и более интенсивна, при работе на тяжелых топливах используют цилиндровые масла со щелочным числом 20…40.

1.1.3 Вода

Современные дизельные двигатели предъявляют повышенные требования к циркуляционной охлаждающей жидкости. Учитываются три решающих фактора: подходящая свежая вода, эффективное антикоррозионное средство, правильная дозировка. Необходимо тщательно готовить, контролировать и обслуживать циркуляционную охлаждающую воду. Качество воды характеризуют следующими основными показателями:

Общее солесодержание определяется суммарным содержанием всех растворенных в воде минеральных веществ и измеряется в мг/л. С увеличением солесодержания возрастает коррозионное воздействие воды на металлы.

Жесткость воды определяется содержанием растворенных солей кальция и магния и измеряется в миллиграмм-эквавалентах на литр. Жесткость в 1 мг-экв/л соответствует содержанию 20 мг/л кальция или 12,2 мг/л магния. Соли кальция и магния являются веществами, непосредственно образующими накипь на поверхности охлаждения дизелей.

Общая жесткость воды равна сумме карбонатной и некарбонатной жесткостей и при заливке воды в систему охлаждения должна находиться в пределах 1,5 – 3,0 мг-экв/л. Карбонатная жесткость - главная причина образования накипи.

Хлориды (хлористые соли) являются одной из составляющих частей общего солесодержания и измеряются миллиграммах хлор-иона, растворенного в 1 л воды. Эти соли наиболее активно вызывают коррозию, усиливают процесс ографичивания чугуна, разрушают защитные пленки, образовавшиеся на металлических поверхностях под действием ингибиторов (замедлителей) коррозии. По содержанию хлоридов оцениваются агрессивные свойства воды. Количество хлористых солей не должно превышать 200 мг/л.

Щелочность (щелочное число) характеризует наличие в воде соединений гидроокиси натрия, фосфата натрия и карбоната натрия. Предпочтительно, чтобы вода обладала слабощелочной реакцией.

Водородный показатель воды характеризует концентрацию в ней ионов водорода. Значение pH показывет, какую реакцию может дать вода – кислую (pH<7), щелочную (pH>7) или нейтральную (pH=7). Рекомендуется использовать воду в системе охлаждения с pH=7…8 (при 293 К).