Воспламеняемость топлив характеризуется показателями, определяющими возможность возникновения и распространения пламени по топливовоздушной смеси.
Пределы воспламенения топлив выражаются концентрационными и температурными пределами распространения пламени: нижним НКПР и верхним ВКПР.
НКПР - наименьшая концентрация вещества в воздухе при атмосферном давлении, при которой смесь способна воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением пламени на весь объем смеси.
ВПКР - наибольшая концентрация вещества в воздухе при атмосферном давлении, при которой смесь теряет способность воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением пламени.
В зависимости от значений НКПР производства подразделяют на две категории:
А - где применяют вещества, у которых НКПР 10% и менее;
Б - где применяют вещества, у которых НКПР более 10%.
Если НКПР вещества выше 50%, то вещество считают взрывобезопасным.
Температурные пределы воспламенения выражают температурами, ниже и выше которых при заданных условиях насыщенные пары топлива в смеси с воздухом не воспламеняются.
Температура воспламенения - температура, при которой вещество, нагреваемое в стандартных условиях, загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 секунд. Температура воспламенения на несколько градусов выше температуры вспышки.
Температура самовоспламенения - самая низкая температура, при которой вещество в стандартных условиях может воспламениться без открытого пламени.
Топлива с низкой температурой вспышки имеют более высокую температуру самовоспламенения, чем топлива с высокой температурой вспышки.
При воспламенении жидкости открытым пламенем фронт пламени заранее сформирован, для его возникновения требуется меньшая концентрация паров, и она быстрее образуется у легколетучих жидкостей. По этой причине тяжелые углеводороды дизельного топлива самовоспламеняются при более низкой температуре, чем легкие термически стойкие углеводороды бензина.
Таблица 1 - Концентрационные и температурные пределы воспламенения бензинов
Воспламенение и горение топлива представляют собой сложный комплекс физико-химических процессов, связанных с возникновением и распространением реакций окисления топлива кислородом, сопровождающихся интенсивным выделением теплоты и световым излучением.
Воспламенение - начальная стадия процесса горения, возникающая под воздействием высоковольтного электрического разряда в двигателе с принудительным воспламенением.
Горение - последующая за воспламенением стадия превращения топлива, связанная с распространением пламени в пространстве и световым излучением вследствие процессов переноса теплоты и активных химических продуктов окисления.
Горение в ДВС - периодический и циклический процесс, каждый акт которого развивается в условиях прогрессивного самоускорения, связанного с повышением температуры и накопления активных промежуточных продуктов окисления.
Условия воспламенения и распространения пламени:
- · Топливо должно находиться в газообразном фазовом состоянии;
- · Концентрация топлива в смеси с воздухом должна быть в пределах воспламенения;
- · Скорость накопления теплоты и активных продуктов реакции должна обеспечивать прогрессивное самоускорение реакций.
В поршневых двигателях воспламенение и горение протекают по цепочно-тепловому механизму. При искровом зажигании инициатором цепных реакций являются активные атомы и ионы, которые возникают при электрическом разряде. Развитие химических реакций происходит за счет экзотермических реакций окисления. Выделение тепла увеличивает скорость цепных реакций и рождение новых активных центров.
Распространение пламени из зоны воспламенения в свежие участки ТВС происходит путем диффузии активных центров воспламенения и теплопроводности. Пламя может перемешаться сплошным фронтом, имеющим определенные ширину зоны и скорость, что характерно для гомогенных горючих смесей при ламинарном и слаботурбулентном движении.
Горение может происходить без четко выраженного фронта пламени, распространяться по всему объему горючей смеси и иметь многоочаговый характер воспламенения в различных точках объема смеси. Такое объемное горение характерно для гетерогенных горючих смесей. Различают диффузионное и кинетическое горение, нормальное и детонационное горение.
Скорость горения автомобильных бензинов
Нормальная скорость характеризует горение однородных смесей в узком интервале температур зоны химической реакции, ширина которой мала по сравнению с шириной фронта пламени.
Турбулентная скорость характеризует горение в диффузионной области. Она выше нормальной скорости за счет увеличения скорости смешения топлива с воздухом, улучшения качества распыления и увеличения поверхности испарения жидкого топлива.
Линейная скорость учитывает искривление поверхности фронта пламени. Она возрастает обратно пропорционально соs б угла наклона нормальной скорости к направлению распространения фронта пламени.
Массовая скорость сгорания характеризует процесс сгорания в реальном двигателе при турбулентной скорости распространения пламени. Турбулентность увеличивает скорость горения за счет процессов турбулентной теплопроводности и диффузии, которые увеличивают теплопроводность горючей среды и толщину зоны пламени. Мелкомасштабная турбулентность увеличивает интенсивность переноса тепла и вещества в зоне пламени. При крупномасштабной турбулентности разрушается целостность фронта пламени и появляются отдельные беспорядочно движущиеся объемы невоспламененной и горящей смеси, резко увеличивающие зону горения, и скорость горения в целом. В ламинарном потоке ширина зоны горения составляет доли миллиметра, а при турбулентном горении - десятки и сотни миллиметров.
В камере сгорания скорость горения увеличивают за счет увеличения поверхности фронта пламени, нормальной скорости горения и удельной массы горючей смеси:
U m = S U n с cм / V к, (2)
где S - поверхность фронта пламени, м 2 ;
U n - нормальная скорость распространения пламени, м/с;
с cм - удельная масса горючей смеси, кг/м 3 ;
V к - объем камеры сгорания, м 3 .
Виды и фазы горения автомобильных бензинов
Процесс сгорания в бензиновом двигателе, в зависимости от кинетики предпламенных химических реакций, скорости тепловыделения и распространения пламени может быть нормальным и детонационным.
Нормальное горение сопровождается плавным повышением давления в камере сгорания и относительно невысокой скоростью распространения фронта пламени - 40-50 м/с.
Выделяют три основные фазы горения:
- · начальная - период задержки воспламенения от момента подачи искры до возникновения пламени;
- · основная - от возникновения пламени до максимального давления;
- · завершающая - период догорания горючей смеси в отдельных объемах, образующихся при разрушении фронта пламени.
Основные факторы определяющие скорость нормального распространения пламени: химический состав топлива, начальная температура и давление, состав смеси, турбулентность смеси.
Нормальная скорость распространения пламени уменьшается в следующей последовательности:
алканы < алкены < алкадиены < алкины
С увеличением длины алканов скорость распространения пламени снижается. Нафтеновые углеводороды имеют скорость близкую к алканам. Введение в молекулу углеводорода атома кислорода увеличивает нормальную скорость распространения пламени, а введение азота - снижает. Нормальная скорость горения для бензино-воздушных смесей примерно равна 40-50 м/с. С увеличением температуры нормальная скорость горения существенно возрастает, а давление оказывает несущественное влияние.
Максимальная скорость распространения пламени лежит в обогащенной области б = 0,8-0,95, когда создаются наиболее благоприятные условия для воспламенения и горения.
При дальнейшем обогащении или обеднении смеси скорость распространения пламени снижается. Также присутствие инертных газов и продуктов сгорания сужают область воспламенения горючей смеси.
Турбулентность увеличивает скорость горения за счет возрастания теплопроводности смеси и ширины фронта пламени.
Мелкомасштабная турбулентность увеличивает интенсивность переноса тепла и вещества. Крупномасштабная турбулентность разрушает целостность фронта пламени и образует отдельные беспорядочно движущиеся объемы невоспламененной и горящей смеси, резко увеличивающие ширину зоны горения и массовую скорость горения.
Детонационное горение - процесс химического превращения вещества (сгорания), сопровождающийся выделением теплоты и распространяющийся со скоростью, превышающей скорость звука.
В отличие от нормального сгорания, где распространение пламени обусловлено медленными процессами диффузии, и теплопроводности детонация представляет собой комплекс мощной ударной волны и следующей за ее фронтом зоны химического превращении смеси (детонационная волна).
Ударная волна сжимает ТВС, вызывая в ней химические реакции, продукты которых, быстро расширяясь, вызывают взрыв.
Энергия, выделяющаяся в результате химических реакций, поддерживает ударную волну, не давая ей затухнуть. Скорость детонационных волн достигает 1-3 км/с в газовых смесях и 8-9 км/с в конденсированных, а давление при фронте ударной волны составляет 1-5 МПа и 10 ГПа соответственно.
Скорость V гд газовой детонации вычисляют по формуле:
V гд = (2q (г 2 - 1)) 1|2, (3)
где V гд - скорость газовой детонации, м/с;
q - тепловой эффект реакции, Дж/кг;
г - показатель адиабаты.
Детонационное распространение пламени происходит при воспламенении горючей смеси вследствие сжатия ее в ударной волне. Ударная волна, проходя по горючей смеси, вызывает ее нагрев. Степень нагрева смеси зависит от скорости ударной волны, температуры и давления. Если степень сжатия достаточна для воспламенения смеси, то возникает детонационная волна. Детонационная волна представляет собой совместное распространение механической ударной волны с фронтом пламени. Скорость распространения детонационных волн в зависимости от условий составляет 1,2-3,5 км/с. Детонационное сгорание вызвано накоплением нестабильных промежуточных продуктов предпламенного окисления углеводородов и быстрым их сгоранием во фронте ударной волны.
Таблица 2 - Характеристики ударных волн детонации
В результате большой скорости и взрывного характера детонационного сгорания часть топлива и промежуточных продуктов сгорания "разбрасываются" по объему камеры сгорания, перемешиваются с конечными продуктами и не успевают полностью сгореть. Выхлоп становится дымным, экономичность и мощность двигателя падают. Повышается отдача тепла стенкам камеры сгорания и днищу поршня из-за высоких температур в детонационной волне и увеличение теплоотдачи в результате срыва пограничного слоя более холодного газа с поверхности металла. Все это приводит перегреву двигателя и может вызвать местные разрушения камеры сгорания и днища поршня.
Одновременно с перегревом ударные волны при своем многократном отражении от стенок могут механически удалять масляную пленку с поверхности гильзы цилиндра и приводить к увеличению износа цилиндров и колец. Вибрационные нагрузки на поршень могут вызвать повышенный износ шатунных подшипников. При длительной работе двигателя с детонацией даже в тех случаях, когда и не наблюдается аварийных разрушений, ресурс его работы уменьшается в 1,5-3 раза.
Явление детонации вызвано особенностями реакций окисления углеводородов. При окислении углеводородов кислородом воздуха в период подготовки топлива к сгоранию образуются гидроперекиси R-О-О-Н, которые распадаются с выделением свободных радикалов. Свободные радикалы инициируют цепные реакции окисления. После того как рабочая смесь воспламенится от искры, в несгоревшей части смеси возрастает концентрация активных частиц, которые при достижении некоторой предельной концентрации реагируют со скоростью взрыва. Несгоревшая часть топлива мгновенно самовоспламеняется, и происходит детонационное сгорание.
Чем больше скорость образования гидроперекисей в ТВС, тем скорее возникнет взрывное сгорание и нормальное распространение пламени перейдет в детонационное.
Факторы, влияющие на детонационную стойкость бензинов
Зависит от химического состава бензина, а детонационная стойкость углеводородов зависит в свою очередь от химического строения.
Октановое число - показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному по объему содержанию изооктана в смеси с нормальным гептаном, эквивалентной по своей детонационной стойкости бензину, испытуемому в стандартных условиях. При этом детонационная стойкость изооктана принята за 100 единиц, а н-гептана за 0 единиц. Октановые числа определяют на одноцилиндровых моторных установках в лабораторных условиях на режиме стандартной интенсивности детонации. Разница между ОЧ (ИМ) и ОЧ (ММ) называют "чувствительностью" бензина к детонации.
Сортность - показатель детонационной стойкости авиационного бензина, численно равный сортности такого эталонного топлива, которое при испытании в стандартных условиях имеет с испытуемым топливом одинаковое значение среднего индикаторного давления.
Чем выше показатель сортности, тем выше детонационная стойкость авиационного бензина при работе двигателя на богатой смеси. При маркировке авиационных бензинов в числители дроби указывают ОЧ (ММ), а в знаменателе - сортность на богатой смеси.
Разница между показателями сортности и ОЧ (ММ) показывает степень форсирования двигателя на богатой смеси по мощности до возникновения детонации.
Детонационная стойкость углеводородов нормального строения мала, растет с степенью разветвленности углеводородной цепи и в
ряду классов углеводородов:
парафины < олефины < нафтены < арены
Также важную роль играют конструкционные факторы:
Степень сжатия. С увеличением степени сжатия возрастают температура и давление в цилиндре двигателя, что способствует интенсивному образованию гидроперекисей.
Форма камеры сгорания. Оказывает влияние на возникновение детонации через время, в течение которого пламя свечи может дойти до наиболее отдаленных точек камеры сгорания. Чем больше это время, тем вероятнее образование перекисей и возникновение детонации.
Диаметр цилиндра. С увеличением диметра возрастает длина пути, которую проходит пламя, и, следовательно, повышается возможность образования перекисей и возникновения детонации.
Свечи зажигания влияют на возникновение детонации в случае их перегрева.
Впускной клапан является наиболее горячей деталью в цилиндре (750-800С), и его температура способствует ускоренному образованию перекисей и возникновению детонации.
К эксплуатационным факторам можно отнести:
Состав горючей смеси. Обогащенные смеси (б? 0,9) сгорают с наибольшей скоростью и приводят к максимальному давлению и температуре цикла, что увеличивает скорость предпламенных реакций и вероятность возникновение детонации.
Частота вращения коленчатого вала. При увеличении частоты вращения детонация уменьшается, так как при этом время, отводимое на химическую подготовку части топлива, окисляющейся в последнюю очередь.
Нагар на поршне и головке цилиндра увеличивает интенсивность детонации посредством увеличения температуры газов. Теплопроводность нагаров на поршне и головке цилиндра в десятки раз меньше теплопроводности чугуна. Кроме того, отложения нагара уменьшают объем камеры сгорания и повышают степень сжатия, что способствует повышению температуры газов, образованию перекисей и детонации.
Опережение зажигания. Увеличение угла опережения зажигания сдвигает точку максимального давления ближе к ВМТ, что способствует уменьшению задержки самовоспламенения последней части топлива и возрастанию детонации.
Температура охлаждающей жидкости. Повышение ее температуры увеличивает температуру стенок цилиндра, головки и днища поршня, что способствует образованию перекисей и усилению детонации.
Атмосферные условия. Повышение атмосферного давления, температуры сопровождается повышением детонации, а снижение - ее уменьшением. С повышением влажности воздуха, поступающего в двигатель, возрастает количество водяного пара в рабочей смеси, снижается температура, в результате чего снижается интенсивность детонации.
Впрыск воды повышает антидетонационные качества ТВС, пары воды оказывают существенное влияние на скорость сгорания рабочей смеси, температуру и давление рабочего цикла. Антидетонационный эффект воды проявляется в результате охлаждения рабочей смеси, действия водяного пара как инертной среды. Вода снижает тепловые нагрузки и содержание окислов азота в отработавших газах. Распыленная вода в количестве 10% от расхода топлива эквивалентна повышению октанового числа на 2-3 единицы. Непосредственное добавление воды в бензин не дает положительного эффекта, а наоборот ухудшает, топливную экономичность и другие эксплуатационные свойства, особенно антикоррозийные.
На режимах максимальной мощности незначительное уменьшение угла опережения зажигания по сравнению с оптимальным, резко снижает детонацию при относительно небольшом уменьшении мощностных показателей.
Позднее зажигание вызывает уменьшение мощности, перегрев выпускной системы и снижение устойчивости работы двигателя.
5.2. Пожарная и взрывная опасность нефтепродуктов
Пожарная опасность топлива определяется его огнеопасностью и взрывоопасностью . Пожарная опасность характеризуется следующими показателями качества: температурой вспышки, температурой воспламенения и самовоспламенения, предельной концентрацией смеси паров топлива с воздухом, в пределах которой смесь взрывоопасна (верхний и нижний пределы).
Температурой вспышки нефтепродукта называется минимальная температура, при нагревании до которой над поверхностью образуются смесь его паров и воздуха, способная вспыхивать при поднесении открытого пламени (например, огня спички). Она зависит от фракционного состава топлива. Эта температура тем ниже, чем больше в топливе низкокипящих углеводородов и выше давление насыщенных паров. В таблице 5.2 представлены температуры вспышек различных топливосмазывающих материалов. Следует отметить, что любой вид жидкого топлива способен гореть, если он превращен из жидкой фазы в газообразную (путем нагрева) и перемешан с воздухом (кислородом).
Бензин – наиболее опасное жидкое топливо в плане пожарной опасности. Его пары могут вспыхнуть от пламени даже при температуре минус 40 о С. По этой причине температура вспышки бензина не регламентируется ГОСТом.
Температура воспламенения (горения) – это минимальная температура топлива, при которой горючая смесь топлива с воздухом вспыхивает от постороннего источника пламени и продолжает гореть вследствие испарения топлива. Температура воспламенения больше температуры вспышки на 5 – 10 °С.
Температура самовоспламенения – это температура, при которой пары нагретого топлива, смешанные с воздухом, воспламеняются самостоятельно без постороннего источника пламени. Примерно можно считать, что температура самовоспламенения для дизельных топлив, бензинов и газов, соответственно, 250 – 300; 400 – 500; 600 – 700 °С.
Температура вспышки и воспламенения характеризуетпожарную опасность топлива, а температура самовоспламенения – способность топливасамостоятельно воспламеняться в цилиндре дизеля и использоваться в качестве топлива.
В стандартахтемпературу вспышки нормируют для ограничения в нефтепродуктах количества фракций с более высоким давлением насыщенных паров. Этот показатель служит в основном для оценки пожарной опасности и потерь на испарение, что весьма важно для правильной организации применения и хранения нефтепродуктов.
Верхний инижний пределы воспламенения газов, паров топлива в воздухе – значения граничных концентраций в области воспламенения. Значения этих пределов используют при расчёте предельно допустимой взрывоопасной концентрации паров топлива и газов в воздухе при работе с применением огня или искрообразующего инструмента.
Таблица 5.2
Температура вспышки нефтепродуктов, 0 С
|
Температура вспышки |
Температура в открытом тигле |
||
|
Бензин Дизельное |
Моторное Моторное загущ. Цилиндровое Индустриальное |
В таблице 5.3 приведены показатели пожарной и взрывной опасности бензина, дизельного топлива и моторного масла и сжиженного газового топлива.
Таблица 5.3
Показатели пожарной и взрывной опасности нефтепродуктов
|
Нефтепродукт |
Температура самовоспламенения, °С |
Температурный предел взрываемости |
Объемная доля предела взрываемых паров В воздухе, % |
||
|
Верхний |
Нижний |
Верхнего |
Нижнего |
||
|
Бензины |
300 – 480 |
– 5 |
– 40 |
0,75 |
|
|
Дизельное топливо |
240 – 345 |
120,0 |
70,0 |
– |
0,61 |
|
Масло |
340,0 |
190,0 |
150,0 |
– |
– |
|
Пары |
– |
– |
– |
||
В таблице 5.4 приведены физико-химические свойства газообразных топлив, влияющих на взрывную и пожарную опасность (параметры бензина Аи-80 даны для сравнения) .
Таблица 5.4
Параметры газообразных топлив
|
Параметры |
Метан |
Этан |
Пропан |
Бутан |
Бензин |
|
1. Молекулярная формула |
СН 4 |
С 2 Н 6 |
С 3 Н 8 |
С 4 Н 10 |
Смесь |
|
2. Относительная плотность газовой фазы по воздуху |
0,55 |
1,05 |
1,56 |
3,78 |
|
|
3. Критическое давление |
4, 58 |
4,88 |
4,20 |
– |
|
|
4. Температура кипения |
Минус |
Минус |
Минус |
Минус |
Плюс 35-180 |
|
5.Температура |
680–750 |
508–605 |
510–580 |
475–510 |
470–530 |
|
6. Критическая температура, °С |
– 82 |
– |
|||
|
7. Плотность жидкой фазы, кг/м 3 , при 15 °С |
580 |
||||
|
8. Пределы воспламенения объемные, в %: нижний, Верхний |
12,5 |
||||
|
9. Коэффициент избытка воздуха, соответствующий нижнему и верхнему пределу воспламеняемости |
0,65 |
1,82 0,42 |
1,67 |
1,18 0,29 |
По
относительной плотности газовой фазы по воздуху
можно
судить
о местах скопления газов при их утечках и взрывоопасности. Из анализа
таблицы 5.4 следует, что при утечке метана он будет уходить вверх, так
как легче воздуха, а этан, пропан и бутан будут скапливаться внизу.
Критическая температура представляет собой температуру, при которой плотности жидкости и ее насыщенных паров становятся равными и граница раздела между ними исчезает.
Давление насыщенных паров при критической температуре называетсякритическим давлением .
При температуре выше критической вещество может находиться тольков газообразном состоянии независимо от внешнего давления.
Так, при критической температуре пропана (+97 °С) и бутана (+153 °С) они при небольшом давлении переводятся в жидкое состояние. К примеру, при плюс 20 °С пропан становится жидким при избыточном давлении 0,7 МПа, а бутан – при 0,1 МПа. Поэтому газовая смесь из пропана-бутана хранится в жидком состоянии при давлении до 1,6 МПа при диапазоне температур от плюс 40 до минус 40 °С.
По температуре самовоспламенения судят о возможности воспламенения смеси топлива с воздухом в камере сгорания двигателя. При температуре самовоспламенения топлива более 500 °С его целесообразно применять в двигателях с воспламенением горючей смеси от электрической искры. В газодизельном варианте смесь газа с воздухом можно воспламенить запальной порцией дизельного топлива (15 – 20 мм 3 за цикл).
Пределы воспламенения газов характеризуют граничные значения содержания газа (в процентах по объему) в воздухе, при которых еще возможно воспламенение горючей смеси. На воспламеняемость газовой смеси оказывают влияние температура, давление и турбулентность. Обедненные и обогащенные газовые смеси не воспламеняются.
Нижний предел воспламенения сжатого природного газа в смеси с воздухом составляет 5 % от объема. У пропана он составляет 2,1 %, у бутана – 1,9 %. Таким образом, сжатый природный газ менее взрывоопасен. Для того, чтобы он спровоцировал взрыв, его должно накопиться в 2,5 раза больше, чем сжиженного нефтяного газа.
Знание этих пределов важно как для организации рабочего процесса и регулирования подачи топлива в двигателях, так и для определения взрывной, пожарной опасности концентраций в местах хранения и технического обслуживания автомобилей.
Температурный предел воспламенения – температура вещества, при которой его насыщенные пары, смешанные с воздухом, образуют концентрацию, соответствующую пределам воспламенения.
Взрываемость нефти и нефтепродуктов характеризуется величинами нижнего и верхнего пределов взрываемости.
Нижний предел взрываемости – минимальная концентрация газа и паров топлива в воздухе, при которой возможен взрыв. Ниже данного предела из-за избытка воздуха и недостатка паров нефтепродукта не происходит вспышка смеси.
Верхний предел взрываемости – концентрация газа и паров топлива в воздухе, выше которой смесь не взрывается, а горит (взрыва не происходит).
Значение концентрации паров нефтепродукта с воздухом между нижним и верхним пределами взрываемости называютинтервалом взрываемости. Для некоторых нефтепродуктов интервалы взрываемости составляют: бензин от 0,76 до 8,4 %, керосин от 1,4 до 7,5 %, уайт-спирит от 1,4 до 6,0 %.
Возникновение в топливовоздушной смесивзрывоопасной концентрации тем вероятнее, чем выше давление насыщенных паров и ниже температура начала кипения. Поэтому взрывоопасность бензина намного выше, чем дизельного топлива. Можно считать правилом, что горение в ёмкостях бензина или керосина обязательно сопровождается взрывом.
Если три одинаковых герметичных емкости с равной толщиной стенок частично наполнить дизельным топливом, бензином, газом метаном и бросить в горящий костер, то вначалесамовоспламенится (взорвется) дизельное топливо, затем бензин и газ. Это объясняется тем, что самую низкую температуру самовоспламенения (300 °С) имеет дизельное топливо, затем бензин (450 °С) и далее газ (650 °С). Но при поднесении открытого пламени вначале воспламеняется смесь газа с воздухом, затем пары бензина с воздухом и далее пары дизельного топлива с воздухом.
У углеводородных жидкостей высокое электрическое сопротивление. У бензинов оно составляет 3∙10 9 – 4 ∙10 11 Ом∙м. При трении их частиц между собой о стенки трубопроводов, а также о воздух возникают заряды статического электричества величиной до нескольких десятков киловольт. Для воспламенения паров топлива, смешанного с воздухом, достаточно разряда с энергией 4 – 8 киловольт.
Для защиты от разрядов статического электричества применяют заземление токопроводящих элементов оборудования (4 – 6 Ом) и ограничивают скорость слива или налива. Скорость в начале налива в емкость не должна превышать 1 м/ c , а в процессе наполнения – 5 м/ c .
Нефть и нефтепродукты к потребителям транспортируются по нефтяным и газовым трубопроводам, по воде и суше. По суше нефтепродукты перевозят железнодорожным и автомобильным транспортом. Так как нефтепродукты взрывоопасны и пожароопасны, то их транспортировка производится согласно специальным Правилам.
Контрольные вопросы
1. В чём заключаются экологические свойства топливосмазывающих материалов?
2. Какие токсичные вещества входят в состав отработавших газов?
3. Какие вы знаете показатели пожарной и взрывной опасности нефтепродуктов?
4. Что называют температурой вспышки, горения и самовоспламенения?
5. Как воздействуют топливосмазывающие материалы на окружающую природу и человека?
6. Укажите допустимые значения отравляющих веществ выхлопных газов по Стандарту ЕВРО–5.
7. Почему газ бутан опаснее метана с точки зрения взрывной и пожарной безопасности?
8. ..
В моей предыдущей статье и видео про октановое число и степень сжатия (кстати, рекомендую вам посмотреть и видео внизу), многие мне начали задавать интересный вопрос – «а какой бензин, горит быстрее? Скажем 92 или 95?» Были также не такие распространенные варианты – «какой дольше» или «лучше». Лично мне они показались интересными, и я решил подробно подумать об этом. Как обычно будет и видео версия в конце. Так что читаем – смотрим …
В самом начале хочется сказать — что не всегда быстрое горение бензина, говорит о его качестве! Сейчас скорее наоборот, но не буду раскрывать карты сразу, читайте информацию внизу.
Нормальный фронт воспламенения
У любого бензина, под любой тип топлива есть свой нормальный фронт воспламенения. Обычно он колеблется в районе от 10 до 30 м/с. При правильно подобранном топливе максимально используется весь потенциал механической и тепловой энергии, ДВС работает можно сказать с и его ресурс не снижается.
Фронт воспламенения зависит от различных параметров, таких как: — октановое число (ОЧ), степень сжатия, зажигание (сейчас оно может быть электронное или аналоговое), подача топлива ().
В идеале для каждой конструкции двигателя, подбирается рекомендуемое топливо. Особенно актуально это было на аналоговых карбюраторных моторах (ведь там зажигание не могло автоматически подстраиваться), в отличии он современных «инжекторных» агрегатов, где электроника сама все может вывести, основываясь на различные датчики (детонации, лямбда-зонды и т.д.)
Разрушительное воспламенение
Я про это уже рассказывал, его еще . Если какой-то из параметров не правильно подобран, например мотор рассчитан на 95-й бензин, а вы залили 80-й. Электроника, а именно «датчик детонации» уже не в силах будет справиться с разрушительными процессами внутри.
При детонационных процессах, фронт распространения пламени — около 2000 м/с, что очень много, такие нагрузки просто разрушают ДВС изнутри
Это очень плохо. В нашем случае у нас неправильно подобрано топливо. Просто 80-й бензин, будет быстрее воспламеняться от сжатия, чем 95-й.
Что такое современный бензин?
Современные виды бензинов делаются по другим технологиям, и они не такие как были раньше. Раньше лет так 30 – 50 назад, единственным типом изготовления был только один – метод прямой перегонки. Если ходите это что-то напоминает самогонный аппарат, только вместо «браги», заливалась сырая нефть и первыми выходили легкие фракции – именно бензин. Затем керосин и самая тяжелая фракция – .
От этого метода давно уже отказались, все дело в том, что при таком производстве октановое число получалось всего 50 – 60 единиц. Нужно добавлять много присадок чтобы довести конечный продукт до нужного ОЧ, хотя бы до АИ 76 – 80! ДА и присадки раньше использовались на тетраэтилсвинце и т.д., они очень эффективные, но очень вредные для человека и окружающей среды.
Сейчас все изменилось, метод прямой перегонки практически не используют, НПЗ обновляются и сейчас основной метод это различного рода крекинги – термический, каталитический и т.д. (не будем углубляться, у меня уже есть статья — , кому интересно почитайте).
Здесь суть немного другая тут нефть при помощи давления, температур раскладывают как бы на слои, и самый верхний слой – бензины – сливают. Плюсов таких методах много:
- Это большее ОЧ – примерно 80 – 85 единиц. А в идеале нужно вообще избавиться от присадок
- С литра нефти получается больше бензина
НО 80 – 85 единиц для современного мотора ОЧЕНЬ МАЛО! Нужно как минимум .
НО присадки, которые использовались раньше – СЕЙЧАС ЗАПРЕЩЕНЫ! Опять же если не сильно углубляться на данный момент разрешенными считаются только ЭФИРЫ и СПИРТЫ . Именно они практически не наносят окружающей среде и человеку вреда (такие нормы нам рекомендуются через стандарты «ЕВРО»).
НО спирты и эфиры имея высокое ОЧ (примерно 113 — 130), горят не так быстро как хотелось бы! Вот мы и подходим к самому интересному
От чего зависит скорость горения бензина?
Думаем логически – он присадок, чем больше их в бензине, тем медленнее, но дольше горит конечный продукт!
Простыми словами если взять 92-й он зажигается быстрее, но быстро прогорает . Его воспламенения похоже на вспышку.
Если взять 95-й он зажигается медленнее, но горит дольше .
98-й зажигается еще медленнее , но горит еще дольше
НУ и с 100-м вы меня поняли .
Каким образом достигается больше мощности и экономии топлива при бензинах высокого октанового числа?
ДА все просто – чем дольше горит бензин, тем дольше он толкает поршень, вот вам — экономия топлива и увеличение мощности. То есть 92-й прогорает быстрее, толкает поршень меньше. 95-й прогорает медленнее, толкает дольше. 98-й еще дольше и т.д.
Конечно, не стоит ждать ГЛОБАЛЬНОГО прироста мощности, тут скорее всего дело в погрешности 2 – 5%. Которые вы можете и не ощутить. Ведь октановое число напрямую зависит от добавленного в бензин количества присадок, а вот разница между 92 и 95 всего 3%! Как вы считаете много это или мало?
Сейчас видео версия смотрим
НУ и в заключение спрашивают — какой бензин горит лучше? Этот вопрос (как я считаю) риторический, конечно тот который воспламеняется не так резко, горит дольше и толкает поршень лучше, то есть высокооктановые варианты! НО, не всегда можно его лить в свой авто, банально не рассчитан (скажем карбюратор или моновпрыск), тогда могут прогореть клапана. А вот если у вас современный авто, тогда эффект будет заметен, причем сразу. ДА и на лючках бензобаков, современных авто зачастую пишут — «не менее 92-го и более», что говорит о том что можно использовать почти все типы современных бензинов.
НА этом заканчиваю, думаю мои статья и видео были вам полезны. Искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.
Разговор об автомобиле почти никогда не обходится без упоминания о бензине. Мы говорим: бензиновый автомобиль, бензиновый двигатель, бензобак, бензозаправочная станция. Понятия «бензин» и «автомобиль» тесно связаны друг с другом в нашем сознании. Причина такой связи ясна: большинство современных автомобилей работает на бензине.
Но бензин - топливо сравнительно дорогое. Его получают в основном из нефти, где его не очень много. После удаления бензина из нефти остается менее ценная, но зато более значительная часть. Это так называемые тяжелые виды жидкого топлива - керосин, мазут и т. д. Тяжелое топливо воспламеняется не так легко, как бензин, и поэтому применение его в двигателе внутреннего сгорания сопряжено с некоторыми трудностями.
Но мысль превратить сравнительно дешевое тяжелое топливо в горючее для транспортных двигателей заманчива, и конструкторы издавна работают над решением этой задачи. Серьезные успехи впервые были достигнуты русскими конструкторами. Еще в начале XX века они приспособили двигатель внутреннего сгорания, созданный Р. Дизелем и работающий на тяжелом топливе, для транспортных целей. Первые теплоходы, подводные лодки с дизелями, тепловозы были построены в нашей стране.
Гораздо более сложным делом оказался перевод на тяжелое топливо автомобиля. Долгое время не удавалось преодолеть затруднения, связанные с тем, что дизели сравнительно тяжелы и тихоходны. Только в последнее время их начали широко применять на грузовых автомобилях. . |
В Советском Союзе дизели используются на тяжелых грузовиках и автобусах. Их нетрудно узнать по характерному постукиванию. Над радиаторами ярославских грузовиков красуется фигура медведя - старинный герб города Ярославля; на машинах минского завода - могучая фигура беловежского зубра.
Предпринимаются попытки установить дизели и на легковые машины. Некоторые западногерманские, итальянские, английские фирмы снабжают до половины выпускаемых ими автомобилей дизелями. Несмотря па большой вес дизеля, шумиость работы и повышенную его стоимость, дизельные автомобили оказываются выгодными: расходы по их эксплуатации вдвое меньше, чем по эксплуатации автомобиля с карбюраторным двигателем.
Работа большинства дизелей на первый взгляд мало отли- г чается от работы четырехтактного бензинового двигателя - те же такты впуска, сжатия, воспламенения (рабочий ход) и выпуска отработавших газов сменяют друг друга. При впуске так же открывается впускной клапан, а при выпуске - выпускной. Но при тех же четырех тактах работа дизеля существенно отличается от работы бензинового двигателя.
Во время первого такта в цилиндр дизеля входит не горючая смесь, а воздух. Во время второго такта поршень сжимает воздух. Давление его доходит до 30 атмосфер, при этом температура повышается до 500 градусов. В момент наибольшего сжатия и нагрева насос впрыскивает в цилиндр порцию нефтяного топлива. Высокая температура в цилиндре заставляет топливо взорваться. В этом существенное отличие дизеля от бензинового двигателя. Дизель не имеет электрического зажигания, которое доставляло, да и по сей день доставляет автомобилистам много хлопот при регулировке и уходе.
Третий такт дизеля - рабочий ход. Газы, образовавшиеся при взрыве смеси, давят на поршень и заставляют его при помощи шатуна вращать коленчатый вал двигателя. Во время четвертого такта поршень выталкивает из цилиндра через открывшийся в этот момент выпускной клапан отработавшие газы.
Из рассказа о процессе работы дизеля отчетливо видны его достоинства. Прежде всего он не нуждается в карбюраторе - I приборе для распыливания топлива и смешивания его с воздухом. Без такого прибора не обходится двигатель легкого топлива, в цилиндры которого поступает сразу горючая смесь. Далее, дизель избавлен от капризной системы электрического зажигания. Наконец в карбюраторном двигателе топливо, входящее в состав горючей смеси, как бы вдыхается двигателем, а потому должно быть легким, хорошо испаряющимся. Дизельное топливо подается в цилиндр под давлением, а его испарению способствует высокая температура воздуха в цилиндре, поэтому оно может быть более тяжелым.
Дешевизна потребляемого топлива - дизельное топливо примерно вдвое дешевле бензина - не единственное достоинство дизеля. Практика показала, что для выполнения одной и той же работы дизель расходует раза в полтора меньше дешевого топлива, чем карбюраторный двигатель - бензина.
За счет чего достигается эта экономия? Прежде всего за счет высокой степени сжатия. В карбюраторном двигателе рабочая смесь сжимается в семь-девять раз. В цилиндре дизеля воздух сжимается в четырнадцать-шестнадцать раз. Большая степень сжатия в бензиновом двигателе трудно достижима из-за явления детонации, то есть преждевременных взрывов смеси. Помогает экономии и езда накатом, когда дизель отсоединен от силовой передачи (например, при движении автомобиля под уклон дизель вовсе не расходует топлива). Наконец при хранении и заправке дизельное топливо испаряется в атмосферу гораздо меньше, чем бензин.
Не следует, однако, думать, что дизель вовсе лишен недостатков. Прежде всего от карбюратора и электрического зажига ния он избавился ценой использования требующих очень точного изготовления и дорогих топливного насоса и форсунок для впрыска топлива.
Высокие давления, возникающие в цилиндрах дизеля, требуют прочной, а следовательно, и тяжелой конструкции. Тяжелые детали и механизмы системы впрыска топлива ограничивают число оборотов двигателя, поэтому дизель не так быстроходен, как бензиновый двигатель.
Запуск дизелей в холодную погоду, когда температура засасываемого в цилиндры воздуха низка, затруднен. Да и вообще для запуска требуется очень мощный и тяжелый электрический стартер. Вручную или с помощью легкого стартера не преодолеть высокой степени сжатия. Для питания стартера необходим мощный и тоже тяжелый аккумулятор.
Наконец дизели более шумны и дымны, чем карбюраторные двигатели.
Все это задерживает их распространение; в частности, эти причины затрудняют применение дизелей на легковых автомобилях.
Конструкторы ряда американских и советских автомобильных дизелей применили иной принцип работы, чем тот, который только что описан. Эти дизели не четырехтактные, а двухтактные. Весь процесс всасывания, сжатия, воспламенения горючей смеси, расширения образовавшихся газов и выпуска в атмосферу происходит в течение двух ходов поршня, а не четырех. За счет сокращения числа тактов коленчатый вал получает более частые толчки, и число цилиндров может быть уменьшено, что упрощает и облегчает двигатель. При том же объеме цилиндров, что и у четырехтактного, двухтактный дизель более мощный. Каждый цилиндр обладает самостоятельным насосом-форсункой. Благодаря отсутствию общего для всех цилиндров насоса каждый цилиндр как бы превращается в маленький двигатель, и выход из строя одного насоса не приводит к остановке всего двигателя.
Двухтактный двигатель работает следующим образом. Поршень подходит к верхней мертвой точке и сжимает находящийся в цилиндре воздух, насос-форсунка, управляемый от коленчатого вала двигателя, впрыскивает порцию топлива. Начинается рабочий ход. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, он открывает отверстия в боковых стенках цилиндра. В эти отверстия под давлением, создаваемым нагнетателем, врывается чистый воздух, который выталкивает отработавшие газы в открывшиеся в этот момент клапаны и заполняет объем цилиндра. Поршень идет снова вверх, закрывая отверстия своим телом и снова сжимая воздух.
Применение в дизеле отдельных насосов для каждого цилиндра позволило создать семейство двигателей различных размеров и мощности из одинаковых, взаимозаменяемых частей. Поршни, вставные гильзы цилиндров, шатуны, насосы всех двигателей одинаковые.
Самые маленькие члены семейства - одноцилиндровый и двухцилиндровый двигатели для сельских электростанций, для садовых тракторов и других, главным образом сельскохозяйственных, нужд.
Трехцилиндровый дизель по своему весу и мощности удобен для 4-тонных грузовых автомобилей, подобных тем, которые выпускает московский автозавод имени Лихачева. Опытная установка этого дизеля на такой грузовик, проведенная в Научном автомоторном институте (НАМИ), показала его высокие ходовые качества.
«Родство» всех двигателей - от 25-сильного до 165-сильного - между собой имеет огромное значение для народного хозяйства. Оно позволяет упростить производство сложной дизельной аппаратуры, удешевить за счет массовости выпуска изготовление взаимозаменяемых деталей, облегчить ремонт и обслуживание однотипных двигателей, в каком бы далеком уголке нашей страны они ни оказались.
На 25- и 40-тонных самосвалах Минского завода устанавливаются двухрядные V-образные четырехтактные дизели.
Перевозка одной тонны груза на дизельном грузовике обходится примерно вдвое дешевле, чем на грузовике с бензиновым двигателем.
Все это открывает перед советскими дизелями - экономичными и падежными в работе - самые широкие области применения.
