Сторінка
2

Нафтові палива й мастила

Для всіх типів двигунів при часткових навантаженнях дещо знижується механічний ККД, обумовлений втратами потужності на тертя.

Зокрема, це пояснюється високими ступенями стиску, що можуть бути досягнуті на дизельному двигуні. Дизельні двигуни одержали тому широке поширення.

Дизельні двигуни підрозділяють на високо-, середньо- і малообертові, для кожного типу призначене своє пальне. Швидкообертові двигуни встановлюють в основному на автомобілях. Для них і призначене паливо, що звичайно називають дизельним. Основні транспортні засоби, що використовують швидкообертові дизелі-вантажівки, але в деяких країнах заохочується установка таких двигунів і на легкові автомобілі. У Європі, наприклад, за 15 років (1975 -- 1990 р.) виробництво легкових автомобілів з дизельними двигунами зросло в 10 разів.

Запалення палива, впорснутого в камеру згоряння, відбувається не відразу, а після періоду затримки запалення, протягом якого паливо, що надійшло в камеру згоряння, встигає прогрітися, прореагувати з киснем повітря й утворити первинні продукти окиснювання. Чим довше період затримки запалення, тим більше часу для підготовки горючої суміші, і тем активніше вона згоряє. Якщо період затримки запалення занадто великий, то тиск у камері згоряння наростає дуже швидко, зростають ударні навантаження на поршень -- спостерігається жорстка робота двигуна.

Оптимальний період затримки запалення залежить від конструкції камери згоряння і від здатності палива до самозапалювання, що виражається цетановим числом (ЦЧ) палива. Необхідне цетанове число залежить від типу двигуна (його швидкохідності і ступеня стиску), а також від інших факторів.

Оптимальне ЦЧ при різній частоті обертання колінвалу n визначається за формулою:

ЦЧ = 3,5·n1/3

Авіаційні і газотурбінні двигуни.

На відміну від поршневих двигунів, робочий процес у реактивних двигунах здійснюється безупинно. У камеру згоряння роздільно подаються паливо з паливних баків і повітря, що забирається з атмосфери. Повітря піддається стиску, проходячи через дифузор (у прямоточних реактивних двигунах) чи турбіну. Відповідно до перетворень, яким піддається горюча суміш, камеру згоряння умовно поділяють на три зони. У першій паливо випаровується й утворює горючу суміш. У другій відбувається згоряння паливно-повітряної суміші. У третій продукти згоряння, температура яких досягає 2300°C розбавляються повітрям, після чого їх можна подавати на турбіну, не побоюючись зруйнувати її лопаті. На виході з турбіни гази попадають у форсажну камеру. Сюди при необхідності подається додаткова порція палива, при згорянні якої одержують додаткову потужність.

Згоряння реактивних палив супроводжується утворенням нагару на форсунці, голівці і стінках робочої камери. Нагар утворюється тим більше, чим вище температура кипіння, в'язкість і густина палива, а також вміст у ньому ароматичних вуглеводнів. Нагароутворення змінює гідравлічні характеристики форсунок, і якість розпилення погіршується, що приводить до підвищеної димності двигуна.

Робочий процес у газотурбінних установках подібний із процесом, що протікає в реактивних двигунах. В тому і в іншому випадку в камеру згоряння роздільно подають паливо і стиснене повітря. У першій зоні відбувається сумішоутворення, потім виникають зони активного горіння і догорання суміші. Продукти згоряння обертають колесо газової турбіни. Істотною відмінністю є те, що в газотурбінних установках немає форсажної камери. У газових турбінах продукти згоряння також розбавляються великою кількістю повітря, у результаті чого їхня температура знижується з 1800-2000оС до 600-850оС. Таким чином, загальна кількість повітря, що витрачається, у кілька разів більше стехіометрично необхідної. Однак, кількість первинного повітря, яке подається в камеру згоряння, складає 25-35% від усієї кількості, так що коефіцієнт його надлишку при горінні дорівнює 1.1-1.5. Через великі втрати тепла ККД найпростіших газотурбінних установок складає 20-26%, комбінованих (обладнаним дизель-генератором з наддувом) -- до 40%.

Газотурбінні установки при відповідній підготовці можуть споживати усі види палива, включаючи тверде (пилоподібне) і газоподібне.

Вимоги до палив визначаються стандартами чи технічними умовами, а також нормами. Існує комплекс методів їх кваліфікаційної оцінки. Відповідність вимогам стандартів перевіряється для кожної партії палив, кваліфікаційні випробовування проводяться при зміні технології виготовлення чи палива при постановці нового виду палива на виробництво на конкретному підприємстві. Сукупність усіх нормативних показників точно характеризує експлуатаційні види палив.

Практично усі вимоги, встановлені до палив, важливі в екологічному відношенні, тому що забезпечують нормальне протікання процесу згоряння, при якому має місце мінімальна емісія шкідливих речовин і витрата палива. Важливе значення мають і показники, що характеризують небезпеку палив для обслуговуючого персоналу. Відхилення від оптимальних значень приводять до збільшення емісії шкідливих речовин і загальної перевитрати палива. Екологічна значимість основних характеристик палив представлена в таблиці: