ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ЦИЛИНДРЕ ДИЗЕЛЯ § 1.1. Идеальный цикл дизеля 21 страница

450.. .600°С. В смеси с сульфатом Na их температуры плавления снижаются до значений 530...670°С. Пока окислы находятся в твердом состоянии и температура тарелки выхлопного клапана не превышает 530°С, есть вероятность, что значительная их часть будет улетать вместе с выхлопными газами, не принося вреда клапану.

Когда же температура клапана начинает превышать темпе­ратуру плавления окислов (поднимается выше 530°С), то, ока­зываясь вблизи клапана, они начинают буквально прилипать к нему. Стекая на рабочую фаску, окислы вызывают интенсивную коррозию и последующее прогорание.

Пр о б л е м ы

1. Низкотемпературная коррозия ЦПГ. Наличие в топ- ливе Na-Vсоединений интенсифицирует образование SO3 и воз­никновение интенсивной низкотемпературной коррозии и изно­са ЦПГ

2. Высокотемпературная коррозия, перегрев и прогора­ние выпускных клапанов. Обводнение топлива морской водой увеличивает содержание в нем натрия, который в сочетании с окислами ванадия создает эвтектоидную смесь, имеющую низ­кую температуру плавления, что способствует ее прилипанию и осаждению на теле выхлопного клапана с последующим разви­тием высокотемпературной коррозии на его рабочей поверхно­сти, В свою очередь, высокотемпературная коррозия клапанов приводит к быстрой потере плотности их посадки на седло, а также к местному перегреву (под действием прорывающихся газов) и прогоранию.

3. В эксплуатации отмечается также отложение натрий - ванадиевых соединений на лопатках турбо-компрессоров, что приводит к снижению эффективности их работы.

4. Натрий-ванадиевые соединения откладываются также на рабочих поверхностях утилизационных котлов, являясь причи­ной их коррозии и загрязнения проточной части.

Рекомендации

1. Рекомендуется по возможности избегать использования в двигателях топлив с высоким содержанием ванадия (жела­тельно, чтобы его содержание не превышало значений

100...150 ррт).

2. Следует избегать обводнения топлива морской водой, при случайном попадании воды - осуществлять активную сепа­рацию с промывкой топлива горячей пресной водой, подавае­мой в струю топлива перед сепаратором. Вода, смешиваясь с топливом, растворяет находящиеся в нем соединения натрия и в ходе сепарации удаляется вместе с ними. Уменьшение содержа­ния Na₂S0₄ в смеси с V₂0₅ способствует росту температуры плавления, препятствует прилипанию агрессивных соединений к телу клапана, а значит — способствует уменьшению вероятно­сти развития коррозии последнего.

3. Необходимо принимать меры, направленные на сниже­ние температуры выхлопных клапанов (последняя не должна превышать 530°С, желательный уровень - не выше 450°). Во многом принятие этих мер является предметом забот конструк­тора двигателя. Однако, и судовой механик, вынужденный пользоваться топливом с высоким содержанием ванадия, может отчасти исправить положение, понизив температуру клапанов за счет уменьшения нагрузки двигателя.

Важно отметить, что применение стеллитовой наплавки, изготовление тарелки или всего клапана из нимоника, использо­вание устройств ротокап (механизма проворачивания клапана) повышают ресурс клапанов, но в целом обозначенную здесь проблему они не решают.

4. Твердые отложения соединений натрия и ванадия на ло­патках газовых турбин несмотря на их высокую твердость эф­фективно удаляются при промывке турбин водой.

5. Для исключения натрий - ванадиевых отложений на по­верхностях нагревательных элементов утилизационных котлов и вызываемой ими коррозии следует избегать работы котлов при низких температурах выхлопных газов (работа двигателей на малых нагрузках), когда температура поверхностей падает ниже температуры точки росы содержащихся в газах агрессивных продуктов.

6. При использовании топлив с высоким содержанием ва­надия полезно вводить в них присадки, в состав которых вхо­дит Mg (Ameroid Mark-4, Vecom Fot-SA и др.). При сгорании топлива магний окисляется с образованием MgO, температура плавления которого составляет 2800°С. Продукты его взаимо­действия с окислами ванадия уже имеют температуру плавления 800-900°С, что значительно превышает температуры клапанов

и, тем самым, исключает опасность прилипания и осаждения агрессивных соединений на клапанах, лопатках турбин и утили­зационных котлах. В итоге, соединения ванадия в сухом виде уходят из дизеля вместе с продуктами сгорания. Опыт показы­вает, что эти присадки оказываются довольно эффективными в борьбе с высокотемпературной коррозией и способствуют про­длению ресурса выхлопных клапанов.

Содержание кокса и асфальтенов

Содержание кокса (carbon residue) представляет собой су­хой остаток, оцениваемый в процентах от массы пробы, под­вергнутой нагреванию до высоких температур без доступа воз­духа. Коксовое число дистиллатных топлив обычно не превос­ходит значения 0,1% и лишь в топливах Marine Diesel Oil-DMC оно может подниматься до значения 2,5%, что свидетельствует о присутствии в топливе остаточных высокомолекулярных фракций.

Тяжелые прямогонные топлива характеризуются 5-10%- ным содержанием кокса. В тяжелых крекинг-топливах, в оста­точной фракции которых концентрируются углеводороды с вы­соким отношением С/Н, коксовое число может достигать вели­чины 18,..20% (верхний допустимый предел - 30%). При сжи­гании таких топлив происходит большое нагарообразование на поршнях в зоне поршневых колец и в выпускных окнах. Одно­временно отмечается дымный выпуск.

Асфальтены. В топливе асфальтены нерастворимы и со­держатся в виде коллоидного раствора. Их плотность достигает 1160 кг/м³, температура плавления составляет 200°С. При сгора­нии они переходят в еще более высокомолекулярные, насыщен­ные углеродом твердые вещества - карбены и карбоиды, состав­ляющие основу нагаров.

Содержание асфальтенов в прямогонных остаточных па­рафиновых топливах невелико (З...6%), в топливах из асфаль­тосмолистых нефтей - несколько больше (около 10%), а в кре- кинг-топливах - до 12%. Асфальтены являются нежелательной составляющей топлива, прежде всего в связи с их отрицатель­ным влиянием на процесс сгорания. Они увеличивают период задержки самовоспламенения, медленно горят, затягивая про­цесс сгорания на линию расширения и даже за нее, что влечет за собой рост температуры выпускных газов, рост отложений в выхлопном тракте и в газовых турбинах, и снижение экономич­ности двигателя.

Пр о б л е м ы

Повышенное содержание кокса и асфальтенов приводит к следующим отрицательным эффектам:

1. Последствия плохого самовоспламенения и замед­ленного сгорания. Плохое самовоспламенение и замедленное сгорание имеют следствием неполное сгорание топлива, сниже­ние экономичности двигателя, рост отложений нагара.

2. Ухудшение характеристик выхлопа. Повышенное со­держание кокса и асфальтенов провоцирует рост температуры выхлопных газов, а также дымление.

3. Удлинение факела топлива. Присутствие асфальтенов увеличивает длину факела топлива, в связи с чем появляется вероятность касания им днища поршня и втулки цилиндра. Воз­можные последствия: выгорание металла головки поршня, сго­рание защитного слоя масла на зеркале цилиндра.

4. Шламо- и осадкообразование. С присутствием асфаль­тенов и смол связывают такие явления, как шламо- и осадкооб­разование в танках, нестабильность и несовместимость топлив. При температурах, превышающих 200°С, асфальтены находятся в расплавленном состоянии. Становясь липкими, они цементи­руют несгоревший углерод и твердую золу, создают фундамент для образования нагаров.

Рекомендации

1. При заказе топлива следует обращать внимание на со­держание в нем кокса и асфальтенов. Учитывая то обстоятель­ство, что снизить содержание последних в процессе топливооб- работки практической возможности нет, следует избегать при­обретения топлив с коксовым числом, превышающим 10...12% и содержанием асфальтенов 6...8% и выше.^[3]

2. Обращать внимание на эффективность работы сепарато­ров, так как надлежащим образом организованная работа сепа­раторов топлива позволяет переводить в шлам (отходы сепара­ции) значительную часть тяжелых асфальтосмолистых состав­ляющих, способствующих нагароотложениям и затягиванию сгорания.

3. Учитывая, что шлам, по большей части, представляет собой горючую массу, при существующих высоких ценах на топливо его потеря нежелательна. Путем смешивания с жидким топливом и последующей гомогенизацией он может быть ус­пешно сожжен в котлах и инсинераторах.

Содержание алюмосиликатов

Содержание алюмосиликатов (aluminium/silicon content) введено в сертификат на морские топлива ISO-F в 1996 г. в свя­зи с участившимися случаями буквально катастрофических из- носов топливной аппаратуры и ЦПГ дизелей, которые были обусловлены присутствием в топливах соединений алюминия и кремния.

Сертификатом IMO установлено требование, согласно которому содержание Л1 и Si в топливе не должно превы­шать 80 ppm.

Проблема

Интенсивный абразивный износ. Превышение содержа­ния в топливе алюмосиликатов сверх уровня 80 ррш стимулиру­ет увеличение абразивного износа топливной аппаратуры и де­талей ЦПГ.

Рекомендации

1. Не рекомендуется допускать к использованию в дви­гателях топливо, содержащее более 80 ppm AI и Si.

2. При наличии в топливе алюмосиликатов следует уде­лять повышенное внимание его очистке, используя для этой цели оба имеющихся сепаратора, включенные в параллель и работающие на пониженных производительностях. Крайне желательна двукратная сепарация.

Лучший вариант - топливо сдать в ближайшем порту, предъявив претензию о несоответствии показателей топлива Международному Стандарту ISO 8217:2005.

Содержание механических примесей

Все остаточные топлива - в пределах «нормы» - помимо твердых механических частиц содержат определенные количе­ства осадков или шлама (total sediment), которые могут пред­ставлять собой мелкие частицы агломератов асфальтенов, кокса и посторонних включений минерального происхождения. Как те, так и другие вызывают абразивный износ топливной аппара­туры и деталей ЦПГ. Содержание асфальто-смолистых агломе­ратов и механических примесей в тяжелых топливах оценивает­ся на основе метода TSP (Total Sediment Potential). Для оценки содержания механических примесей в дистиллатных топливах используется аналогичный способ, но без искусственного ста­рения - без нагревания пробы топлива. Этот метод именуется TSE (Total Sediment Existent'). Оба способа дают возможность оценить общее содержание механических примесей без под­разделения их на примеси органического и минерального про­исхождения. Международными стандартами содержание примесей такого рода ограничивается для дизельных топлив величинами диапазона 0,01...0,02%, а для тяжелых - величина­ми порядка 0,1%. Исключение составляют топлива DMC , для которых TSE допускается до 0,1 %.Отечественные стандарты, к сожалению, для ряда тяжелых топлив допускают присутствие механических примесей в 0,25%.

Если при анализе топлива методом горячей фильтрации (TSP) установлено, что общий осадок превышает норму

0,1%, это свидетельствует и о нестабильности топлива. Уменьшение содержания механических примесей в топливе обеспечивается его фильтрацией и сепарированием.

Содержание воды

Вода присутствует в топливе либо в виде капель, распреде­ленных по объему, либо сплошным слоем на дне танка или цис­терны. В соответствии с Международным Стандартом ISO мак­симально допустимое количество воды (water content) в постав­ляемом на судно топливе не должно превышать в дистиллат- ном- 0,3%, в тяжелом топливе - 1% (в отечественных мазу­тах - до 2%). Практика показывает, что большинство солидных бункеровщиков поставляют топлива с водой не выше 0,5%.

Вода попадает в топливо при его транспортировке или в процессе проведения бункеровочных операций. На судне вода нередко подмешивается к топливу через подтекающие змеевики парового подогрева, а также в виде конденсата, образующегося в цистернах при «дыхании» топлива в условиях больших коле­баний температуры.

Пр о б л е м ы

1.Коагуляция смолистых соединений. Глобулы воды коа­гулируют вокруг себя асфальтосмолистые соединения топлива, способствуя их выпадению в юлам.

2.Коррозия топливной аппаратуры. Вода способствует развитию коррозии топливной аппаратуры, особенно при ра­боте на дизельных топливах, содержащих агрессивную мер- каптановую серу.

3.Развитие натрий-ванадиевой коррозии. Морская вода насыщает топливо солями натрия, способствующими возник­новению натрий-ванадиевой коррозии.

Рекомендации

1. Следует помнить - вода легко отделяется от дизельных топлив и уходит в отстой. Значительно хуже отстаивается тяже­лое топливо, чему препятствуют: его высокая вязкость и нали­чие в таком топливе асфальтосмолистых составляющих, играю­щих роль поверхностно-активных веществ, способствующих образованию и последующему сохранению водо-топливных эмульсий.

2. Для улучшения отстаивания рекомендуется поддержи­вать температуру топлива на уровне 60...70°С (на 15°С ниже температуры вспышки).

3. Сепарирование топлива следует вести в режиме пурифи- кации с возможно меньшими производительностями. Для раз­рушения образующейся эмульсии топлива с водой необходимо использовать присадки - «де-эмульгаторы». При содержании в топливе воды не выше 0,5% можно использовать сепараторы, настроенные на режим пурификации, но с частой разгрузкой барабана. Опыт показывает - в относительно короткий проме­жуток времени между разгрузками вода не успевает заполнить барабан до критического уровня, и не будет смешиваться в нем с топливом, а при разгрузке она удаляется. В этом случае очист­ка топлива от механических примесей будет более эффективной.

4. В случае значительного обводнения топлива и невоз­можности избавиться от эмульсии, нужно принять меры к ее измельчению путем неоднократной прокачки топлива по замк­нутому контуру и лишь после этого - последующему сжиганию в котле или в двигателе. В последнем случае полезно использо­вать гомогенизацию.

Теплота сгорания Теплота сгорания (calorific value or specific energy) есть количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива; она выражается в Дж/кг, кДж/кг или мДж/кг. Одна килокалория эквивалентна 4,187 кДж. В практических расчетах используется так называемая - низшая теплота сгорания Q„, мДж/кг, которая может быть подсчитана по следующей эмпири­ческой формуле, обеспечивающей достаточную для практиче­ских расчетов точность:

Q_H= (46,7-8,8 • Iff⁶ <f_l5 + 3,17 -Iff³ d,_s) [1- (x+y + S)J +

+ 9_y42S - 2,45x мДж, (11.4)

где d₁₅- плотность топлива при 15°С, кг/м ; л:, у и S - мас­совые содержания воды, золы и серы, выраженные в процентах, деленных на 100.

Теплота сгорания нефтяных топлив в зависимости от их химического группового состава может находиться в пределах

0.. .43300 кДж/кг. Наибольшим значением Q_H обладают па­рафиновые топлива, а наименьшим - топлива с высокой плотно­стью и большим содержанием ароматики. Рекомендации

1. По возможности следует избегать приобретения топлив, отличающихся высокой плотностью. Предпочтение следует от­давать топливу, имеющему высокую вязкость. Такой выбор обеспечит большую теплоту сгорания топлива и его лучшую воспламеняемость. Запомните, что каждые 10 кг увеличения плотности топлива дает снижение Q_H на 0,35%.

2. Заказывая топливо, полезно обратить внимание на его важнейшую характеристику - теплоту сгорания, так как заказ­чику важна не масса получаемого топлива, а количество те­пловой энергии, которую оно даст при сжигании в цилинд­рах дизеля. Часто бывает так, что, выгадывая в стоимости топ­лива (пренебрегая при этом информацией, касающейся величи­

ны Q_H\ в конечном итоге потребитель оказывался не в выигры­ше, а в проигрыше.

Стабильность и совместимость топлив

Стабильность (stability) - это способность топлива в те­чение длительного времени сохранять свои свойства, противо­стоять образованию осадков, шламоотделению и расслаиванию при хранении, перекачках и нагревании.

Склонность к осадкообразованию проявляют, главным об­разом, тяжелые остаточные топлива, крекинг-мазуты. Содержа­щиеся в них смолы, асфальтены, карбены и карбоиды, а также вода - выполняют функцию центров коагуляции высокомолеку­лярных соединений и способствуют выпадению в осадок круп­ных частиц. Ими забиваются фильтры, сепараторы, в связи с их присутствием в топливе нарушается работа всей системы топ- ливоподачи.

Иногда центрами коагуляции становятся твердые кристал­лы парафина, образующиеся при охлаждении парафинистого топлива. Нарушению стабильности, росту скорости образования осадков способствует нагрев топлива, так же, как и его смеши­вание с другими сортами топлив.

Совместимость (compatibility) топлив находит свое вы­ражение в сохранении стабильности смеси после смешивания компонентов (не возникает последующего осадкообразования).

Несовместимость (incompatability) - характеристика или свойство, в связи с которым топлива, до смешивания бывшие ста­бильными, после смешивания теряют свойство стабильности.

Чтобы понять сущность такой характеристики как несо­вместимость, полезно еще раз вспомнить о том, что нефтяные топлива представляют собой сложные органические смеси, со­стоящие, главным образом, из парафиновых, нафтеновых и аро­матических углеводородов. Топлива, содержащие перечислен­ные углеводороды, а это, в основном, дистиллятные продукты, образуют стабильные смеси, близкие по растворимости к иде­альным. Тяжелые топлива, получаемые смешиванием остаточ­ных фракций с дистиллятными, содержат значительные количе­ства высокомолекулярных соединений: асфальтосмолистых ве­ществ, состоящих из нейтральных смол, асфальтенов, карбенов и карбоидов. Эти вещества не растворяются в основной массе более легких углеводородов, поэтому остаточные топлива, в от­личие от дистиллатных, не являются однородными, но пред­ставляют собой коллоидную среду, состоящую из однородной среды углеводородов с относительно небольшим отношением С/Н, в которой диспергированы крупные и мелкие скопления асфальтосмолистых соединений.

Центрами таких скоплений (мицелл) являются асфальтены, молекулы которых, благодаря своей полярности, образуют ас- социаты - ядра мицелл, состоящие из 3... 5 молекул и окружен­ные оболочками из растворенных в топливе смол, характери­зующихся меньшими отношениями С/Н.

Наружный слой таких образований состоит из ароматиче­ских углеводородов, обладающих высокой поверхностной ак­тивностью и поэтому легко адсорбирующихся на мицеллах. Эти оболочки предотвращают слипание и объединение мицелл, со­храняя их в коллоидной фазе без выпадения в осадок. Более то­го, благодаря наличию полярных сил, ароматики создают рас­клинивающий эффект, выражающийся в отбрасывании мицелл друг от друга, что позволяет коллоидной системе сохранять мелко-дисперсное состояние. Смешивание с ароматизирован­ными топливами не нарушает стабильности смеси, а происхо­дящее увеличение толщины сольватных оболочек из ароматиков делает смесь еще более устойчивой. Подобная смесь является совместимой.

Когда же остаточное топливо смешивается с топливом, со­держащим парафиновые соединения малой молекулярной массы (с низким отношением С/Н), которые играют роль растворителя, защитные сольватные кольца растворяются и происходит объе­динение и укрупнение асфальтеновых ассоциатов, выпадение их в остаток. Образующийся при этом шлам имеет вид мазеподоб­ной массы черного или коричневого цвета. В этом проявляется несовместимость составляющих.

Нарушению равновесия смеси способствует и ее нагрева­ние, при котором смолы сольватных оболочек растворяются. Отрицательное влияние оказывает увеличение содержания ас­фальтенов, которое может быть спровоцировано нагревом до 300-3 50°С. Явление несовместимости может быть существенно уменьшено или предотвращено, если есть возможность при сме­шивании топлив уменьшить долю парафинистого компонента.

Проблема

Несовместимость топлив различного вида. В некоторых случаях смешивание разнородных топлив может привести к их несовместимости, выражающейся в интенсивном шламообразо- вании. Иные возможные последствия: затрудненное сепариро­вание топлива, а также — закупорка топливных фильтров и остановка двигателя. Несовместимость проявляется при смешивании остаточных продуктов, чаще всего - крекинг- топлив, с парафиновыми дистиллятами.

Рекомендации

1. Не следует смешивать топлива разных бункеровок, они могут оказаться несовместимыми.

2. При желании произвести смешивание полезно предвари­тельно проверить компоненты на совместимость (см. метод «пятна»).

3. Следует избегать смешивания топлив в пропорции 50:50 или 40:60. Добавка парафинистого компонента не должна превышать 10-20 %.

Проверка на стабильность и совместимость топлив

осуществляется с использованием метода горячей фильтрации. В судовых условиях можно рекомендовать использование ме­тода «пятна». Этот метод связан с оценкой свойств приготов­ленной смеси по внешнему виду пятна, полученного нанесением капли топлива на белую фильтровальную бумагу. Предвари­тельно смесь нагревают до 60°С и выдерживают при этой тем­пературе в течение 15...20 минут. После нанесения порции сме­си на поверхность бумаги уже просохшее пятно сравнивают с эталонными пятнами (рис. 16). Пятна, обозначенные на рис.

11.6 - а и б имеют более или менее однородную окраску - это свидетельствует о совместимости смеси. Пятна, показанные на рисунке - в, г и д отличаются присутствием в средней части слабо (в) или явно выраженных затемнений или даже четких черных колец (г и д), в которых сосредотачиваются асфальтены и осадок. Такая смесь признается несовместимой, варианты г и д - смеси абсолютно несовместимы.

Рис. 11.6. Метод ASTM-D2781. Эталонные пятна смесей топлив: а и б - смеси совместимы; в, г, д - смесь нестабильна, ее нельзя рекомендовать к использованию.

Самовоспламенение и сгорание

Самовоспламеняемостъ (selfignition) является важнейшей характеристикой, определяющей длительность процесса, скла­дывающегося из этапа подготовки топлива к сгоранию после впрыска и этапа развития последующего сгорания в цилиндре. Образование горючей смеси сопровождается протеканием ряда физических и химических процессов.

Физические процессы: распад струи топлива на капли; их проникновение вглубь заряда воздуха; нагрев капель от сопри­косновения с горячим сжатым воздухом; испарение и смешива­ние паров топлива с воздухом.

Химические процессы: химическая подготовка смеси к вос­пламенению; возникновение и развитие холоднопламенных ре­акций окисления; в ходе которых образуются промежуточные продукты со свободными радикалами.

На развитие перечисленных выше процессов затрачивается время, отсчитываемое от момента подачи топлива до момента

Рис. 11.7. Развитие процессов воспламенения и сгорания при хорошей (1) и плохой (2) воспламеняемости топлив. НП - начало подачи (впрыска) топлива; НВС и НВС - начало воспламенения; Рехр - давление на линии расширения.

самовоспламенения, отмечаемого по резкому повышению дав­ления в цилиндре (рис. 11.7). Это время принято называть пе­риодом задержки самовоспламенения или периодом индук­ции qXj_ad. Продолжительность этого периода зависит от темпера­туры и давления сжатого в камере сгорания воздуха, величин относительных скоростей перемещения капель топлива и пото­ков воздуха, от размеров капель и величин локальных концен­траций кислорода.

На этом рисунке приведены развернутые индикаторные диа­граммы, иллюстрирующие развитие процессов сгорания при удовлетворительном воспламенении (кривая 1) и при большой задержке воспламенения: сгорание начинается за ВМТ (кривая 2).

Если говорить о влиянии топлив, то решающую роль игра­ет фракционный и химический групповой состав топлива. Ухудшение испаряемости топлива, обусловленное утяжелением входящих в него фракций, требует увеличения времени, уходя­щего на прогревание топлива до более высоких температур ис­парения, а это, в свою очередь, увеличивает продолжительность подготовки топлива к сгоранию, рост величины (р_зад.

Уже говорилось, что нефтяные топлива в основе своей со­держат группы парафиновых, нафтеновых и ароматических уг­леводородов. Состав топлива, большая «представительность» какой-то из перечисленных 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 <p_3Qi^ 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 дистиллатных топ­лив, оцениваемым по продолжительности периода индукции, является цетановое число (ЦЧ). Дистиллатные топлива пре­имущественно парафинового ряда имеют цетановые числа в диапазоне 45...60, топлива с преимущественным содержанием ароматических составляющих - около 35. ЦЧ нафтеновых со­единений колеблется между этими крайними значениями. Для крекинг-дистиллатов характерно очень высокое содержание ароматиков и поэтому их ЦЧ малы.

Величину ЦЧ дистиллатных топлив определяют экспери­ментально на специальной одноцилиндровой установке с дизе­лем, имеющим переменную степень сжатия. Сложность метода и невозможность оценки ЦЧ тяжелых топлив ограничивают его применение.

Расчетный углеродно-ароматический индекс (CCAI) был

разработан фирмой «ШЕЛЛ» для оценки самовоспламеняемости тяжелых остаточных топлив. 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:

CCAI = d_I5-140,7 Iglg (v₅₀ + 0,85) - 80,6 (11.5)

Рис. 11.8. Рекомендуемые зоны значений расчетного углеродно­ароматического индекса CCAI топлив, используемых в мало-, средне- и высокооборотных двигателях (а, б, в - соответственно)

Используемые здесь величины dj_S и у₅₀ 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 (рисЛ 1.8). Небезынтересно заме­тить, что хорошая воспламеняемость (малые значения парамет­ра фзад) 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 двигателей 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. 11.8) следует рассматривать в качестве ориентировочных, так как реакция каждого двигателя на воспламеняемость топли­ва индивидуальна и зависит как от конструкции, так и режимов, на которых он эксплуатируется.

Осведомленность о порядке величин ЦЧ или CCAI то­плива необходима для того, чтобы, во-первых, была воз­можность определить, подходит ли рассматриваемое топли­во 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.

Пр о б л е м ы

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 асфальтосмолистых 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 p_z (рис. 11.7), рост уровня тепловых нагрузок, снижение эконо­мичности и мощности двигателя.