Транспортная энергетика (стр. 4 )

Вязкость (внутреннее трение) топлива – свойство оказывать сопротивление при перемещении частиц вещества под действием внешней силы. Является важнейшей физической характеристикой, определяющей качество распыливания, характер и дальнобойность топливной струи, текучесть топлива по трубопроводам. Различают кинематическую, динамическую и условную вязкость.

Единицей кинематической вязкости n является Стокс (Ст), см2/с, сотая часть которого именуется сантистоксом (сСт) мм2/с. В основных единицах СИ кинематическая вязкость измеряется в м2/с 1Ст  = 10-4 м2/с.

Условной вязкостью (ВУ) принято считать отношение времени истечения 200 мл топлива из вискозиметра при температуре испытания t ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20 °С. Единица измерения °ВУ (градус вязкости условной) соответствует °Е − градусу Енглера.

Динамическая вязкость − .

Вязкость дизельного топлива 3 ÷ 6 мм2/с, тяжелого топлива 36 ÷180 мм2/с, начинает доходить до 700 мм2/с. Измеряется для дизельного топлива при 20 °С, для тяжелых 50 °С.

Коксуемость – способность топлива к отложению нагара, выражается в процентах. Коксовым числом называется процентное количество твердого остатка, которое остается после выпаривания топлива. Твердые частицы нагара оказывают абразивное действие на детали ЦПГ.

Кислотность – оценивается количеством миллиграммов КОН, необходимого для нейтрализации кислот, содержащихся в 1 мл топлива. Кислотность вызывает коррозию. Допускаемая кислотность не более 5 мг КОН.

Температура вспышки, Твсп – минимальная температура, при которой топливо, испаряясь, вспыхивает при соприкосновении с открытым пламенем. Регистр России допускает использовать на судах топливо, температура вспышки которого в закрытом тигле не ниже 61 °С. Твсп – является показателем пожарной опасности.

Температура самовоспламенения – минимальная температура, при которой топливо воспламеняется в присутствии воздуха и продолжает гореть без воздействия постороннего источника зажигания.

Температура застывания – температура, при которой теряется способность текучести. Для топлив судовых ДВС находится в диапазоне +5 ÷ - 60 °С.

Цетановое число - Ц. Ч. характеризует склонность топлива к самовоспламенению. Продолжительность периода задержки самовоспламенения определяется по совпадению периода задержки самовоспламенения эталонного и испытуемого топлива, т. е. цетановым числом называется показатель воспламеняемости топлива, численно равный такому процентному ( по объему) содержанию цетана (С16 Н34) в смеси с a - метилнафталином (С10Н7СН3), при котором периоды задержки воспламенения этой смеси и испытуемого топлива будут одинаковы. (Цетан – легковоспламеняющееся, a - метилнафталин – трудно воспламеняющееся вещество. Цетановое число его = 0).

Ц. Ч. = 40÷60 – дизельное топливо, у тяжелого топлива Ц. Ч. = 25 ÷ 40.

Зависимость продолжительности периода задержки воспламенения от цетанового числа показана на рис. 39.

Октановое число характеризует антидетонационные свойства топлива. Октановое число для бензинов

Зольность топлива определяется количеством остатков веществ минерального происхождения, образующихся в результате сжигания топлива. Наиболее вредными зольными элементами являются пятиокись ванадия V2O5, соли Nа, так как у них низкая температура плавления (550-600 °С) и они прилипают к металлическим поверхностям.

Рис. 39. Задержка воспламенения в зависимости от цетанового числа топлива (заштрихована область дизельных топлив):t – время от момента начала поступления топлива в цилиндр до момента самовоспламенения

Содержание золы должно быть меньше (0,01 ÷ 0,02) % в дизельном топливе и меньше 0,15 % в тяжелом. Механические примеси в топливе разрушают сопловые отверстия форсунок, что увеличивает длину факела. Возможно зависание плунжеров топливной аппаратуры. Особенно опасны частицы размером более 5 мкм. Механические примеси < 0,5 % для тяжелого топлива.

Вода снижает теплоту сгорания топлива, вызывает электрохимическую коррозию плунжерных пар. Содержание воды в топливе для МОД должно быть меньше 1 %, в ВОД – недопустимо.

Сера – в тяжелом топливе доходит до 5 %. Вызывает коррозию, усиливает нагарообразование. При горении сера окисляется до сернистого ангидрида (SO2) и серного ангидрида (SO3). Реагируя с водяными парами, они образуют пар H2SO4. Реакция усиливается в присутствии ванадия или никеля (которые являются катализаторами). При температуре верхнего пояса цилиндра < 150 °С на нем конденсируются пары H2SO4 и способствуют активной электрохимической коррозии цилиндра и поршневых колец. Для борьбы необходимо поддерживать высокую температуру воды в зарубашечном пространстве и применять высокощелочные масла, которые нейтрализуют кислоту.

3.6. Смазочные материалы для ДВС

Смазочные материалы разделяются на жидкие, пластичные и твердые.

Жидкие смазочные материалы (масла) применяются в высокоскоростных подшипниках с гидродинамическим режимом трения, и в гидростатических подшипниках. Кроме собственно смазочного действия, они обеспечивают отвод теплоты из зоны трения. Пластичные (консистентные) смазки применяются:

- в открытых, негерметизированных узлах трения;

- в труднодоступных местах;

- при одновременном использовании в качестве материала для консервации;

- для герметизации подвижных уплотнений и сальников;

- при высоких нагрузках и малых скоростях, ударных нагрузках, периодической работе и частых остановках;

- при вынужденном контакте узла трения с водой. Твердые смазки используются как: присадки к пластичным смазкам; наполнители материалов на полимерной основе и твердосмазочные покрытия; компоненты материалов, получаемых методом порошковой металлургии.

Основным компонентом жидких и пластичных смазочных материалов является хорошо очищенное базовое масло. Его получают из мазута. Мазут перегоняют на масла в вакууме в присутствии водяного пара.

Различают масляные дистилляты (продукты перегонки) и остаток или полугудрон. Из дистиллятов получают дистиллятные масла, а из остатка - остаточные (масла с повышенной вязкостью). Жидкие смазочные материалы – это базовые масла, легированные присадками. Присадки в базовые масла вводят в строго определенных количествах, в результате получаются легированные смазочные материалы, значительно отличающиеся по своим свойствам от исходных природных масел.

Основные типы присадок:

- антиокислительные – тормозят окисление масел;

- антикоррозионные – образуют на смазываемых поверхностях гидрофобные пленки, защищающие поверхности от контакта с водой;

- противопенные – диспергированные частицы полисилоксановой жидкости присоединяются к пузырькам воздуха и разрушают их;

- моющие – предотвращают образование отложений на поверхностях, соприкасающихся с маслом, препятствуют коагуляции продуктов окисления;

- антиэмульсионные – разрушают водомасляные эмульсии;

- вязкостные – повышают вязкость масел и уменьшают ее зависимость от температуры;

- депрессорные – понижают температуру застывания масла, т. к. препятствуют образованию кристаллической решетки при застывании парафинов;

- противозадирные и противоизносные – образуют сульфидные, хлоридные, фосфатные пленки железа, которые препятствуют задиру трущихся поверхностей и уменьшают изнашиваемость;

- противоскачковые – снижают разность между силой трения покоя и силой трения движения.

Смазочные масла подразделяются в зависимости от применения на моторные, индустриальные и специальные (компрессорные, турбинные и др.). Характеристики смазочных масел делятся на обязательные для всех видов масел и обязательные для отдельных видов масел. К обязательным для всех видов масел относятся следующие: вязкость, температуры застывания и вспышки, содержание водорастворимых кислот и щелочей, содержание воды и механических примесей.

Моторные масла

Раньше моторные масла классифицировали по области их применения (автотракторные, авиационные, дизельные). В настоящее время в соответствии с новой классификацией все моторные масла разделены на шесть групп А, Б, В, Г, Д, Е, каждая из которых включает масла, различающиеся по вязкости от

6 ×10-6 до 20 ×10-6 м2/с при 100 °С.

Группа А включает масла без присадок, Б – до 3 ÷ 4 % антиокислительных присадок, В – 4 ÷ 7 % композиций присадок, Г–7 ÷ 12 %, Д – 18÷20 %,

Е до 25 % композиций присадок. Допустимая жесткость условий эксплуатации растет от А к Е. Индекс при букве в обозначении масла: 1−для карбюраторных двигателей; 2 − для дизелей; без индекса – масло применимо для тех и других двигателей.

Моторные масла должны обладать хорошей смазочной способностью, пологой вязкостно-температурной характеристикой, стабильностью при работе, минимальной склонностью к нагарообразованию, лако - и осадкообразованию, низкой испаряемостью, отсутствием коррозионного действия.

Масла судовых ДВС в зависимости от их назначения подразделяются на циркуляционные и цилиндровые: Ц - циркуляционные, Л - цилиндровые (лубрикаторные). Циркуляционные масла используют в циркуляционной системе ДВС. Масло здесь должно:

- создавать устойчивую пленку для предотвращения соприкосновения деталей и отводить тепло от поверхностей трения;

- отводить тепло от поршня, не вызывая образования и скопления углеродистых отложений в полостях охлаждения;

- обеспечивать защиту деталей от коррозии;

- не давать отложений в картере и на деталях движения;

- обладать хорошей способностью к водоотделению, не образовывать с водой стойких эмульсий.

В циркуляционных системах смазки тронковых двигателей масло предназначено также служить для смазки цилиндров. Отсюда масло для тронковых ДВС еще должны обладать:

- более высокой термической стабильностью и стойкостью против окисления;

- способностью нейтрализации минеральных кислот не только в объеме масла, но также на стенках цилиндров в зоне поршневых колец; Масло в циркуляционной системе крейцкопфного двигателя должно за сутки дважды пройти через сепаратор, а тронкового – 4 раза. Цилиндровые масла должны обладать особенно высокой термической стабильностью и хорошей смазывающей способностью. В их функции входит:

- смазывать и охлаждать поверхности трения цилиндра, поршня и поршневых колец, препятствуя непосредственному контакту металлических поверхностей и возникновению перегретых участков;

- перекрывать зазоры между соприкасающимися поверхностями, способствуя уплотняющему действию колец;

- защищать металл от коррозии, нейтрализуя соединения, образующиеся при сгорании сернистого топлива;

- поддерживать в чистоте поверхности трения, растворяя, диспергируя и удаляя нагар.

Современные цилиндровые масла имеют вязкость 14 ÷ 16 сСт [мм2/с] при 100 °С. Этот уровень соответствует хорошему сочетанию несущей способности, прочности масляной пленки в сопряжении кольцо-цилиндр и скорости растекания масла по смазываемым поверхностям. Высокая вязкость повышает несущую способность, но ухудшается растекание и увеличивается склонность к образованию отложений. По уровню щелочности цилиндровые масла делятся на два класса: среднещелочные – 30 ÷ 40 мг КОН/г, высокощелочные – 60 ÷ 70 мг КОН/г. Первые применяются при содержании серы в топливе меньше 2 %.

Для смазки ГТН в основном применяют турбинные масла. Окружные скорости поверхностей трения 40 ÷ 120 м/с. Остальные условия менее напряженные, чем для моторных. Температура трущихся поверхностей 40 ÷ 125 °С, удельное давление 0,6 ÷ 5,0 МПа. Необходимо, чтобы турбинные масла обладали высокой стабильностью против окисления, были стойкими к аэрации.

Для смазки вспомогательного оборудования применяют индустриальные масла. Используют их обычно в закрытых помещениях. Разделяются на масла для малонагруженных механизмов (И - 5А, И - 8А), средненагруженных (И-40А, И - 50А) и высоконагруженных (цилиндровое 24 и 52). Характеристики некоторых масел приведены в таблице 2.

Таблица 2

Характеристики масел

Показатель	М-8Б	М-10В	М-10Г	М16Е-60	Тп-22	Тп-30	Тп-46	И-40А
Вязкость при 100 °С мм2/с	8±0,5	11± 1	11±0,5	15-17	-	-	-	-
Вязкость при 50 °С	-	-	-	-	20-23	28-32	44-48	35-45
Щелочное число мг КОН/г	-	3,5	9,0-10,5	60
Температура застывания Температура вспышки, ºС	-25 190	-15 200	-15 200	-12 190	-15 186	-10 190	-10 195	-15 200
Зольность %	0,42	-	1,4	-	0,005	0,005	0,005	0,005

Для смазки узлов трения поршневых компрессоров применяются компрессорные масла К - 12, К - 20, К - 19. Эти масла имеют повышенную вязкость при высоких температурах, повышенную стойкость против окисления и высокую температуру вспышки.

Классификация масел

Классификация SAE (Society of Automotive Engineers) подразделяет масла на 10 вязкостных классов: шесть зимних и 4 летних сорта, табл. 3. Соответствие между Российской классификацией масел по вязкости и классификацией SAE показано в табл. 4.

Классификация моторных масел по уровню эксплуатационных свойств, предложенная АРI (American Petroleum Institute), делит масла на две категории – для карбюраторных и дизельных двигателей.

S – карбюраторные.

SA – двигатели, работающие в легких условиях.

SB – двигатели, работающие при умеренных нагрузках.

SC – двигатели с повышенной нагрузкой выпуска до 1964 года.

SD – модели выпуска до 1968 года.

SE – выпуска до 1972 года.

SF – двигатели, работающие на неэтилированном бензине

Таблица 3

Характеристики масел по SAE

Зимние классы	Предельная температура прокачиваемости, ºС	Кинематическая вязкость, в мм2/с при 100 °С
не менее	не более
OW	-35	3,8	-
SW	-30	3,8	-
10 W	-25	4,1	-
15 W	-20	5,0	-
20 W	-15	5,6	-
25 W	-10	9,3	-
Летние классы
20	-	5,6	9,3
30	-	9,3	12,5
40	-	12,5	16,3
50	-	16,3	21,9

Температура застывания на 5 °С ниже температуры прокачивания.

Таблица 4

Соответствие вязкостных классов масел различных классификаций

РФ

3З

63

6

20

33/8

43/6

43/8

43/10

53/12

53/14

63/10

63/16

SAE

SW

20W

20

50

5W20

10W

20

10W20

10W30

15W40

20W30

20W40

Категория С – дизели.