Топливо смазочные материалы

Задача 1

Исходные данные: Q_B =38600; H_P = 15,05%; W_P = 0,40 %

Найти: Qн

Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара. Теплоту конденсации водяных паров также называют скрытой теплотой сгорания.

Низшая и высшая теплота  сгорания связаны соотношением:  ,

где k — коэффициент, равный 25 кДж/кг (6 ккал/кг); W — количество воды в горючем веществе, % (по массе); Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе).

 

Qв = Qн + k((W+9H)/ 100) => Qн = Qв- k((W+9H)/100) = 38600 – 600*((40+9*15,05)/100) =

38600-600* 1,7545 = 37547,3 кДЖ/кг

 

 Теплота сгорания топлива опытным путем определяется использованием калориметрической установки. Сущность метода заключается в сжигании навески испытуемого жидкого топлива в калориметрической бомбе (при постоянном объеме) в среде сжатого кислорода и определении количества теплоты, выделившейся при сгорании.

Калориметрическая бомба, изготовленная из нержавеющей стали, представляет собой толстостенный цилиндрический сосуд, закрытый крышкой. Она крепится к корпусу накидной гайкой. В ее каналы для впуска и выпуска газов ввернуты штуцера с колпачками. Трубка предназначена для заполнения бомбы кислородом, одновременно она служит электродом. Выпускной штуцер снабжен игольчатым вентилем. В крышку ввернут токоведущий стержень с кольцом для удержания чашки. Бомба самоуплотняется давлением наполняющего ее газа; при гидравлическом испытании она должна выдерживать давление 10 МПа.

Бомбу помещают в калориметр, который состоит  из калориметрического сосуда и термостатирующей оболочки. Калориметрический сосуд цилиндрической формы выполнен из тонкого тщательно отполированного металлического листа. Оболочка представляет собой двухстенный металлический кожух, защищающий калориметрический сосуд от воздушных потоков и колебаний температуры окружающей среды.

В чашечку  наливают 0,5...0,6 г испытуемого нефтепродукта. Между электродами и прикрепляют запальную проволоку (железную, никелиновую, константановую или медную) диаметром 0,1...0,2 мм. Ее изгибают в виде петли, в которую укрепляют полоску запальной пленки. В бомбу наливают 1 мл дистиллированной воды.

Между бомбой и кислородным баллоном включают редуктор с манометром и наполняют калориметрическую бомбу до требуемого давления (2,9 МПа для жидкого топлива).

Бомбу устанавливают на дно калориметрического сосуда, который заливают дистиллированной водой до полного погружения бомбы. Колпачки должны выступать над водой. Температуру воды в калориметре замеряют специальным термометром с ценой деления 0,01 °С. Мешалка, приводимая в действие с помощью электромотора, быстро и полностью перемешивает воду в сосуде.

Испытание разделяется на три периода: начальный, который предшествует сжиганию топлива и служит для учета теплообмена калориметрической системы с окружающей средой в условиях начальной температуры испытания; главный, в котором происходит сгорание топлива, передача выделившейся теплоты калориметрической системе и выравнивание температуры всех ее частей; конечный, который служит для учета теплообмена калориметрической системы с окружающей средой в условиях конечной температуры испытания.

Температуру во время испытаний по термометру отсчитывают в целых и дольных частях деления шкалы. В начальном периоде после нулевого отсчета температуры делают пять отсчетов по шкале термометра с интервалом в 1 мин. При отсчете температур используют секундомер. При   последнем отсчете замыкают   цепь электрического тока, подсоединенную   к клеммам бомбы. Происходит запал топлива. После этого начинается главный период, в котором отсчеты температуры проводят через каждые 0,5 мин. Интервал между последним отсчетом в начальном периоде и первым отсчетом в главном периоде является первым интервалом главного периода.

Главный период закапчивается с наступлением равномерного изменения температуры воды в калориметрическом    сосуде. Интервал с равномерным    изменением температуры относят к конечному периоду. За последним отсчетом главного периода следует первый полуминутный интервал конечного периода. Всего в конечном периоде проводят десять   отсчетов  температуры через каждые 0,5 мин.

По  окончании испытания выключают  электромотор, приподнимают термометр, снимают крышку калориметра, отключают провода от бомбы, вынимают бомбу из воды и вытирают ее снаружи. Затем отвинчивают колпачок с выпускного штуцера и выпускают газы, отвинчивают накидную гайку и снимают крышку. Жидкость из бомбы выливают, внутренние части бомбы промывают дистиллированной водой и тщательно вытирают.

 

 

Удельная теплота сгорания в бомбе находится по формуле:

,

где С – теплостойкость калориметрической системы, кДж/с;

t₁, t₂ – соответственно начальная и конечная температура воды;

∆t – поправка к показаниям термометра, учитывающая теплообмен калориметра с окружающей средой;

q – удельная теплота сгорания запальной проволоки, кДж/кг;

m₁ – масса проволоки для запала, кг;

m – масса навески (нефтепродукт), кг;

m₂ – масса пленки, кг;

Q_пл – удельная теплота сгорания пленки

 

 

Задача 2

Дано: Марка автомобильного бензина А - 76.

Октановое число бензина по моторному методу 72/М.

Температура перегонки 10% - 74⁰ С.

Температура перегонки 50% - 118 ⁰ С.

Температура перегонки 90% - 183 ⁰ С.

Давление насыщенных паров – 66850Па.

Оценить детонационную стойкость  бензина, его пусковые свойства, приемистость двигателя при работе на этом бензине, полноту испарения и склонность к шлакообразованиям?

Будет ли происходить смыв масла  со стенок цилиндра при работе двигателя? Возможно ли будет образование в жаркие дни в системе питания паровых пробок?

При нормальном сгорании бензина скорость распространения  пламени составляет 25…35 м/с. При  определенных условиях сгорание может  стать взрывным, детонационным, при  котором пламя распространяется со скоростью 1500…2500 м/с. Образующиеся при этом детонационные  волны многократно отражаются от стенок цилиндра, вызывая резкие  звонкие металлические звуки, вибрацию двигателя, периодически возникающий черный дым и желтое пламя в впускных газах. Мощность двигателя падает, его детали перегреваются. В результате  перегрева увеличивается износ двигателя, появляются трещины, выгорают поршни и клапаны. Показателем детонационной стойкости бензина служит октановое число, которое определяют двумя методами: моторным и исследовательским.Детонационная стойкость данного бензина (А-76) не совсем хорошая, т.к. октановое число, данное в задаче,  равно 72.

Температура перегонки 10% бензина характеризуют пусковые свойства топлива. Если в бензине  недостаточно низкокипящих фракций, то при пуске холодного двигателя часть бензина не успевает испариться  и попадает в цилиндры в жидком виде.  Происходит смыв масла с цилиндров  двигателя, а при попадании в картер разжижается масло. Чем ниже температура выкипания этой фракции, тем лучше пуск двигателя. Для бензина АИ-76 летних сортов необходимо, чтобы 10% топлива выкипало при температуре не выше 75⁰ С. По условию задачи температура перегонки 10% равно 74⁰ С. Пусковые качества топлива хорошие. 

Температура перегонки 50% бензина характеризует скорость прогрева и приемистость двигателя.  Прогрев двигателя длится от момента пуска его до начала бесперебойной, устойчивой работы. Чем легче фракционный состав и ниже температура перегонки 50% бензина, тем быстрее прогревается двигатель. Температура перегонки такого бензина марки АИ-76 должна быть не более 115⁰ С. По условию задачи температура 118⁰С, что не соответствует условию.  Бензин с такой температурой перегонки будет медленее испаряться во впускном трубопроводе, наполнение цилиндра горючей смесью ухудшится, мощность двигателя уменьшится.

Температура перегонки 90% бензина и конца его кипения  характеризует полноту его испарения.  Если в бензине содержится много  высококипящих углеводородов и  других соединений, то они не испаряются во впускном трубопроводе двигателя и попадают в цилиндры в жидком виде. Температура перегонки 90% летнего бензина марки АИ-76 должна быть не более 180⁰ С. По условию задания температура 183⁰С, что не соответствует условию.

Давление насыщенных паров летнего бензина всех марок должно быть не более 66700 Па. По условию задачи давление насыщенных паров  не соответствует норме и составляет 66850Па. Таким образом, образование паровых пробок в жаркое время года  не  исключается.

 

Задача 3

Установите марку дизельного топлива, предназначенного для работы в тракторах и автомобилях при заданной температуре окружающего воздуха. Определите вид топлива, если содержание серы в нем известно. Как отразится величина центового числа на работе дизельного двигателя и содержание фактических смол на его техническое состояние? Укажите для установленной марки дизельного топлива температуры помутнения, застывания и вспышки. Как влияет величина этих параметров на качество топлива?

Дано: Температура окружающего воздуха - -40⁰С

Цетановое число – 48.

Массовая доля серы – 0,05 %.

Концентрация фактических  смол 26 мг на 100 см³ топлива.

Марка топлива – А-0,05. По содержанию серы относится к первому  виду.

Цетановое число дизельного топлива влияет на запуск двигателя. Для нормального пуска и плавной работы дизеля необходимо, чтобы топливо арктических сортов имело цетановое число не менее 45 ед. По условию задания цетановое число равно 48.

 

 

Одна из важных эксплуатационных свойств дизельного топлива –  способность обеспечивать чистоту двигателя и топливной аппаратуры. Это свойство зависит от химического и фракционного состава топлива. С увеличением содержания фактических смол в топливе увеличивается нагарообразование на деталях двигателей. Также она влияет на способность топлива противостоять повышенному образованию нагара и закоксовыванию форсунок. Фактические смолы – это остаток, образовавшийся в стеклянной чашке после испарения определенного объема испытуемого топлива на водяной бане в струе воздуха. Концентрация для арктического дизельного топлива не должна превышать 30 мг на 100 см³. По условию задачи концентрация фактических смол 26 мг на 100 см³ топлива. Следовательно, нагарообразование не увеличится, двигатель будет работать в чистом режиме.

Температура застывания – это температура, при которой топливо полностью теряет подвижность. При температуре застывания топлива кристаллическая структура настолько упрочняется, что топливо теряет текучесть и приобретает студнеобразный вид. Температура застывания не должна превышать  -55⁰С для холодной климатической зоны.

Температура вспышки  – это минимальная температура, до которой необходимо нагреть топливо, чтобы пары, образующиеся над его поверхностью, вспыхивали при поднесении открытого пламени. По температуре вспышки оценивают огнеопасность нефтепродуктов, а также количество фракций с высоким давлением паров. Для арктического топлива температура вспышки не должна быть ниже 30⁰С.

 

Задача 4

Дана группа моторного  масла по эксплуатационным свойствам, класс вязкости и значение кинематической вязкости при 100⁰С. В соответствии с классификацией моторных масел установить марку масла для конкретного типа двигателя и указать величину индекса вязкости. Содержит ли это масло загущающую (вязкостную) присадку? Указать выпускается ли она в настоящее время и допускается ли к назначению вновь разрабатываемую и модернизированную технику? Как определяется кинематическая вязкость масла?

Тип двигателя – дизельный.

Группа масел по эксплуатационным свойствам – Д.

Класс вязкости –8.

Кинематическая вязкость при 100⁰ С – 8 сСт.

Кинематическая вязкость при 40⁰ С – 72,5 сСт.

Марка моторного масла: М-8Д_. Высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозионными и противоизносными свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений.

 

Индекс вязкости (ИВ) - эмпирическое число, указывающее степень  изменения в вязкости масла в  пределах данного диапазона температур. Высокий ИВ означает относительно небольшое изменение вязкости с температурой, а низкий ИВ означает большое изменение вязкости с температурой. Большинство минеральных основных масел имеет ИВ между 0 и 140. Чем ниже индекс вязкости моторного масла, тем сильнее масло разжижается, т.е. толщина масляной пленки становится очень маленькой (а за этим следует повышенный износ). Чем выше индекс вязкости моторного масла, тем меньше масло разжижается, т.е. обеспечивается необходимая для защиты трущихся поверхностей толщина масляной пленки.

Индекс вязкости для  данного масла можно определить из формулы высокотемпературных отложений коррозии подшипников.

Используется 

где v – кинематическая вязкость масла при 40⁰ С с индексом вязкости, равным 0, обладающего при 100⁰ С такой же кинематической вязкостью, как испытуемое масло, сСт(справочные данные). v = 147,7сСт.

v₁ - кинематическая вязкость испытуемого масла при 40⁰С, сСт.