Метод указ. метод указ - ТОР. Методы оценки свойств машиностроительных материалов определение твердости металлов по Бринеллю, по Роквеллу, по Виккерсу
 Скачать 5.46 Mb.
|
|
Октановое число (ОЧ). Мерой ДС бензинов является ОЧ. Октановое число – это процентное (объемное) содержание изооктана в смеси с нормальным гепнатом (сравнительная смесь), которая по своим антидетонационным свойствам аналогична испытуемому топливу. Определяют ОЧ на установках УИТ-65 и УИТ-85 двумя методами, отличающимися режимом работы этого специального одноцилиндрового двигателя с переменной степенью сжатия от 4 до 10. Интенсивность детонации замеряют и регистрируют детонометром. Моторный метод – это форсированный режим работы с большой и длительной нагрузкой (междугородное движение). Исследовательский метод – меньшие нагрузки характерные для городского цикла. ОЧ, найденное исследовательским методом, несколько выше, чем ОЧ, определённого моторным методом. Разница в ОЧ бензина называется «чувствительностью». Чувствительность зависит от химического состава бензина: наибольшая у олефинов (алкенов, одна двойная связь), несколько меньше у ароматических углеводородов, затем идут нафтены (циклоалканы) и самая низкая у парафинов (алканы). Пути повышения ДС. По ДС определяют необходимое соотношение компонентов в товарных бензинах. Высокая ДС достигается тремя основными способами: - использование в качестве базы наиболее высокооктановых вторичных продуктов переработки нефти или увеличение их доли в товарных бензинах; - использование высокооктановых компонентов в товарных бензинах; - применение антидетонационных присадок. Используются все три. Товарные бензины готовят смешением компонентов, полученных прямой перегонкой, крекингом, риформингом, коксованием, алкилированием, полимеризацией, изомеризацией и другими способами переработки нефти и нефтяных фракций. 1. Бензины прямой перегонки имеют большое количество алканов с низким ОК и используют их в небольшом объёме для получения А-76. Компоненты, полученные термическим методом (большое количество алкенов [олефинов], ДС у которых выше, чем у н-алканов), добавляют только в автомобильные бензины. Бензины, полученные каталитическим крекингом, имеют более высокую ДС, чем бензины термического крекинга. Это обусловлено повышенным содержанием в них изоалканов и ароматических углеводородов. Их используют как базовые для приготовления товарных высокооктановых бензинов. В процессе каталитического риформинга получают бензины с высокой ДС за счёт ароматизации и частичной изомеризации углеводородов. В них до 70 % содержатся ароматические углеводороды. Их так же используют в качестве базовых для получения высокооктановых бензинов. Причём не только дистиллят, но и отдельные фракции, оставшиеся после извлечения индивидуальных ароматических углеводородов. 2. Для улучшения тех или иных характеристик базовых бензинов применяют высокооктановые компоненты. К высокооктановым компонентам относятся изооктан, алкилбензин, толуол, изопентан. При добавлении 15…40% высокооктановых компонентов к базовым сортам топлива получают бензины с более высокой детонационной стойкостью. 3. Наиболее эффективным и экономически выгодным способом повышения детонационной стойкости бензинов является введение антидетонаторов. Эти вещества обладают способностью при добавлении в бензин в небольшой концентрации резко повышать его детонационную стойкость. Действие антидетонаторов заключается в обрыве цепных реакций образования пероксидов. Сюда относятся алкилсвинцовые антидетонаторы (в первую очередь тетраэтилсвинец Pb(C2H5)4, а затем тетраметилсвинец Pb(CH3)4), кислородосодержащие соединения (спирты, метил-трет-бутиловый эфир). Бензины с добавлением этиловой жидкости, содержащей тетраэтилсвинец, называют этилированными. Так как этиловая жидкость ядовита, то бензины окрашивают. Применение этилированных бензинов вызывает освинцовывание деталей камеры сгорания (рисунок 13), а также приводит к выходу из строя каталитических нейтрализаторов выхлопных газов.  Рисунок 13 – Отложение свинца на свече зажигания Значительным вкладом в решение проблемы сокращения производства этилированных бензинов в Росссии является замена токсичных антидетонаторов на значительно менее токсичные антидетонационные присадки, такие, как метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) – СН3ОС4Н9. Он не ядовит, отличается более высокою теплотой сгорания, хорошим смешением с бензином в любых соотношениях, не агрессивен к конструкционным материалам. При введении МТБЭ в бензин в количестве 11% на 10-12 °С снижается температура холодного запуска двигателя. При добавке 10% МТБЭ октановое число бензинов повышается на 2,1-5,8 ед. (по исследовательскому методу), а при добавке 20% – на 4,6-12,6 ед. Ряд предприятий вырабатывают МТБЭ (ТУ 38.103704-90) или смесь на его основе под названием "фетерол" (ТУ 301-03-130-93). Максимально допустимое содержание МТБЭ или фетерола в отечественных бензинах составляет 15%. В качестве антидетонационных присадок предполагается применение композиций, содержащих марганец и железо в виде циклопентадиенилтрикарбонил марганца (ЦТМ) и дициклопентадиенил железа (ферроцен) и его производных. На основе дициклопентадиенил железа разработана присадка "Октан-Максимум" (ТУ 6-00-05008008-002-96). Кроме того, проведены испытания автомобильных бензинов, содержащих в своем составе присадку ФК-4 (ферроценилдиметилкарбонил). Испытания показали, что введение присадки ФК-4 обеспечивает снижение вредных выбросов с отработавшими газами (по СО на 10-20%, по углеводородам – в 1,2-2,4 раза). Так, бензины с марганцевыми антидетонаторами (ЦТМ, МЦТМ) дают повышенные отложения на поверхностях свечей зажигания и катализаторах дожигателя, снижая эффективность их работы. Кроме того, соединения марганца при вдыхании обладают нейротоксичным действием. Поэтому их применение ограниченно Межведомственной комиссией МВК при Госстандарте РФ по времени (до 2001 г.) и не должно носить массовый характер. Железосодержащие присадки (ферроцены) не токсичны, сравнительно дешевы и эффективны, но вызывают повышенный износ деталей двигателей и нагаролакоотложения. При малых концентрациях ферроценов (до 40 мг/кг бензина) их негативное влияние на работу двигателя замедляется, но не исчезает (рисунок 14).
Рисунок 14 – Отложение оксида железа на свече зажигания Исходя из постоянно возрастающих требований к надежности и экологическим характеристикам двигателей, применение бензинов с металлосодержащими присадками можно рассматривать лишь в качестве временной альтернативы этилированным бензинам, не соответствующим по техническому уровню Европейскому стандарту EN 228. Калильное зажигание. Рабочая смесь в конце такта сжатия готова к воспламенению, поэтому создаются условия для самопроизвольного, неуправляемого воспламенения независимо от времени подачи искры зажигания. Источником воспламенения могут служить перегретые клапана, свечи, кромки прокладок, тлеющие частички нагара и т.д. КЗ нарушает протекание процесса сгорания, снижает мощность, ухудшает топливную экономичность. КЗ принципиально отличается от ДС, хотя в условиях работы ДВС тесно переплетаются. Сгорание смеси после КЗ протекает с нормальными скоростями и может не сопровождаться детонацией. Пути борьбы с ним – улучшение конструкций камеры сгорания и введение присадок, изменяющих свойства образующегося нагара. Наиболее распространены фосфорные присадки, например, трикрезилфосфат.  Рисунок 15 – Свеча при калильном зажигании Жёсткая работа дизеля. В дизельном двигателе воспламенение и сгорание топлива происходит иначе, чем в бензиновом. Для дизельного топлива одной из важнейших характеристик является время задержки воспламенения, оцениваемое цетановым числом (ЦЧ). Определяют ЦЧ на установке ИТ-9. Цетановое чилсло – это показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный объемному проценту цетана в эталонной смеси, которая в условиях испытания равноценна по воспламеняемости испытываемому топливу. Эталонная смесь состоит из цетана с ЦЧ=100 и метилнафталин с ЦЧ=0 . Применение топлив с ЦЧ менее 40 обычно приводит к жёсткой работе ДВС, а более 50 – к повышению удельного расхода топлива, вследствие уменьшения полноты сгорания. ЦЧ зависит от содержания и строения углеводородов, входящих в его состав. Воспламеняемость углеводородов различных классов существенно различна. Парафины (алканы) и олефины (алкены, одна двойная связь) термически менее устойчивы, имеют высокие ЦЧ, особенно н-алканы. Углеводороды с одной или несколькими боковыми цепями обладают меньшим ЦЧ. Для окисления ароматических углеводородов необходимы более высокая температура и большой промежуток времени, поэтому их ЦЧ невелики. Увеличение числа углеродных атомов в молекуле ведёт к увеличению ЦЧ. ЦЧ высококипящих фракций дизельного топлива, как правило, выше ЦЧ низкокипящих фракций. Углеводороды, имеющие высокие ЦЧ, обладают низкой детонационной стойкостью. Отсюда была выведена эмпирическая зависимость ЦЧ топлива от его ОЧ: ЦЧ = 60 – ОЧ/2. Чем выше ЦЧ топлива, тем ниже его ОЧ и наоборот. Поэтому добавление в дизельное топливо бензиновых фракций снижает его ЦЧ. Для повышения ЦЧ в дизельное топливо добавляют специальные присадки. Наиболее эффективными являются некоторые пероксидные соединения и алкилнитраты. Пероксидные соединения при хранении подвергаются дальнейшему окислению и их эффективность падает, поэтому широкого применения не получили. В качестве присадки чаще используют в небольших концентрациях изопилнитрат. ЦЧ характеризует пусковые свойства дизельного топлива: с увеличением ЦЧ пуск двигателя облегчается. Однако это справедливо для топлив, незначительно различающихся по фракционному составу. Тяжёлое топливо с высоким ЦЧ оказывается хуже по пусковым свойствам, чем лёгкое топливо с низким ЦЧ. Прокачиваемость Для нормальной работы двигателя необходима бесперебойная подача топлива в определённом объёме. Уменьшение подачи ведёт к обеднению топливо-воздушной смеси, снижению мощности и надёжности работы двигателя. Увеличение подачи также ухудшает нормальную работу двигателя и экономически невыгодно из-за повышенного расхода двигателя. Нарушение подачи связано со следующими показателями качества топлива: вязкостью; образованием кристаллов льда и углеводородов; загрязнением механическими примесями, смолистыми веществами и т.д.; испарением топлива в системе подачи. Вязкость. От вязкости топлива зависит гидравлическое сопротивление всех элементов системы питания – при увеличении вязкости гидравлическое сопротивление элементов увеличивается. Например, с понижением температуры окружающего воздуха вязкость всех жидких топлив резко возрастает. Вследствие этого гидравлическое сопротивление может настолько увеличиться, что подача топлива окажется недостаточной для нормальной работы двигателя. Скорость нарастания вязкости топлива при его охлаждении зависти от строения и молекулярной массы, входящих в него углеводородов. При увеличении молекулярной массы всех углеводородов вязкость увеличивается, а скорость её нарастания при охлаждении становится всё больше. Из всех классов углеводородов наименьшая вязкость у алифатических углеводородов, то есть с ациклическим углеродным скелетом. Эти же углеводороды в меньшей степени изменяют свою вязкость при охлаждении. Нормальные, неразветвлённые углеводороды имеют меньшую вязкость и при охлаждении изменяют её в не так резко, как разветвлённые. При этом чем больше атомом углерода в боковых цепях, тем вязкость выше и её изменения сильнее. У алифатических углеводородов с двойной связью в молекуле вязкость меньше. Ароматические углеводороды в молекуле повышают вязкость и ухудшают вязкостно-температурную характеристику, деля её кривую более крутой. Бициклические углеводороды (два цикла в молекуле) при одинаковой молекулярной массе с моноциклическими имеют более высокую вязкость и более резкое её изменение с понижением температуры. Из жидких топлив наименьшую вязкость и самую пологую вязкостно-температурную характеристику имеют бензины. Гидравлическое сопротивление системы питания при прокачке бензина с понижением температуры растёт незначительно и практически не влияет на работу двигателя. Однако и изменение вязкости бензина также влияет на работу двигателя: чем ниже вязкость, тем больше подача бензина и тем больше расход топлива. Образование в топливе кристаллов воды. При температуре окружающего воздуха 200 С содержание воды в топливе незначительно – не более 0,02…0,03 %. При положительных температурах окружающего воздуха такое содержание воды не влияет на их эксплуатационные свойства. Однако с понижением температуры окружающего воздуха ниже 00 С растворимость воды в топливе уменьшается, появляется её избыток и если этот избыток воды не успевает перейти в воздух, образуются мелкие капли, превращающиеся в кристаллы льда. Такие условия создаются в топливных баках. Эти кристаллы задерживаются в фильтрующих элементах, что в начале ведёт к частичной, а затем к полной забивке фильтров и прекращении подачи топлива. В большой степени это явление зависит от растворимости воды в топливе. Наибольшая растворяющая способность по отношению к воде у ароматических углеводородов. С увеличением молекулярной массы и разветвлённостью молекулы растворимость воды в ароматических углеводородах уменьшается. Алкены (непредельные углеводороды, олефины) растворяют воды значительно больше, чем алканы (наиболее насыщенные углеводороды, парафины) и циклоалканы (предельные углеводороды, нафтены). При увеличении молекулярной массы парафинов и нафтенов растворимость воды в них снижается, однако не так резко, как у ароматических углеводородов. В смесях растворимость воды изменяется аддитивно, то есть суммируется. Для топлив, мало различающихся по фракционному составу, растворимость воды тем выше, чем больше в них содержится ароматических углеводородов. При равном содержании ароматических углеводородов в разных топливах растворимость воды уменьшается с утяжелением их фракционного состава. Содержание воды в топливе зависит и от влажности воздуха, и чем выше влажность, тем выше содержание воды в топливе. При этом вода переходит из воздуха в топливо и обратно очень быстро, так как находится в топливе в молекулярном состоянии. Из воздуха вода переходит в топливо гораздо быстрее, чем из жидкой фазы. Кристаллы льда образуются в топливе не только за счёт замерзания капель избыточной воды, но и за счёт перехода в топливо инея со стенок сосудов, ёмкостей, баков. Стенки охлаждаются быстрее, чем само топливо и воздух над ним. В результате пары воды конденсируются на стенках и образуется иней, который либо переходит в топливо, либо просто осыпается или смывается. Для борьбы с кристаллами льда разработаны конструктивные и физико-химические способы. Конструктивные способы заключаются в подогреве топлива в системе питания или впрыскивании на фильтр специальных жидкостей, растворяющих воду. К физико-химическим способам борьбы со льдом относятся специальные присадки, вводимые в товарное топливо. Они способны не только предотвращать кристаллообразование льда, но и растворять ранее образовавшиеся кристаллы. Они увеличивают растворимость воды в топливах и сами хорошо растворяются как в топливе, так и в воде. Образование кристаллов углеводородов. В состав топлив входят с разной температурой кристаллизации. В топливе они находятся в растворённом состоянии и при понижении температуры, их растворимость уменьшается, и они выпадают в виде кристаллов. Такая температура называется температурой помутнения. При дальнейшем понижении температуры кристаллы углеводородов «сращиваются» образуя каркас. При этом топливо теряет подвижность, а температура называется температурой застывания. Считается, что температура помутнения топлива характеризует фильтруемость топлив при низкой температуре, а температура застывания – прокачиваемость. Растворимость отдельных углеводородов в топливах и температуры выпадения кристаллов зависят от строения углеводородов и состава топлива. Как правило, температура кристаллизации всех углеводородов повышается с увеличением молекулярной массы, а следовательно, и температура кипения. В большой степени температура кристаллизации зависит от строения углеводородов. Самую высокую температуру кристаллизации имеют нормальные алканы (парафины с неразветвлённым углеродным скелетом). С увеличением длины скелета температура кристаллизации повышается. У изомеров алканов (разветвлённый углеродный скелет) температура кристаллизации понижается. Олефины (алкены, ненасыщенные углеводороды) имеют более низкую температуру кристаллизации, чем соответствующие алканы. Нафтеновые (циклоалканы, циклопарафины, предельные углеводороды) и ароматические углеводороды с разветвлёнными алкильными цепями кристаллизуются при более низких температурах, чем соответствующие алканы. С увеличением длины неразветвлённой боковой цепи температура кристаллизации этих углеводородов повышается. Содержащиеся в бензинах низкомолекулярные углеводороды имеют приемлемые низкотемпературные свойства. В тяжёлых углеводородных фракциях дизельных топлив наиболее высокими температурами кристаллизации обладают нормальные малоразветвлённые алканы. Застывание дизельных топлив вызывают и моноциклические нафтеновые и ароматические углеводороды с длинными боковыми цепями нормального (неразветвлённые) строения. Возникновение кристаллов зависит и от концентрации и строении примесей: смолистых веществ и сераорганических соединений. Вязкость топлива пропорциональна скорости роста кристаллов: с повышение вязкости топлива размеры выпадающих кристаллов уменьшаются, и скорость их роста замедляется. После выдерживания топлива при постоянной температуре содержащиеся в нём кристаллы сращиваются друг с другом, образуя каркасы. Эти каркасы захватывают в свои ячейки жидкие углеводороды, не кристаллизующиеся при данной температуре. В настоящее время для устранения застывания топлива используют депрессорные присадки. Такие присадки снижают температуру застывания топлива и не влияют на температуру помутнения. Твёрдые углеводороды начинают кристаллизоваться при одной и той же температуре независимо от присутствия в топливе депрессорной присадки. Но сращивание кристаллов в присутствии присадки происходит при более низкой температуре. Загрязнение и механические примеси. В процессе транспортирования топливо загрязняется механическими примесями: почвенная пыль, продукты коррозии ёмкостей и трубопроводов, продукты износа перекачивающих средств. На этих неорганических примесях адсорбируются органические асфальтено-смолистые вещества – продукты окисления нестабильных составляющих топлива. К основным компонентам механических примесей относятся: оксиды кремния, алюминия, железа, соединения кальция, магния, натрия. В почвенной пыли содержится от 50 до 95 % кварца, твёрдость которого больше твёрдости конструкционных материалов двигателя. Поэтому именно кварц вызывает абразивное изнашивание деталей, засорение каналов и жиклёров, отложение во впускном трубопроводе, в камерах сгорания, на клапанах, нарушает плотность посадки. Для снижения содержания механических примесей необходимо топливо отстаивать и отфильтровывать. Стабильность топлив. Склонность к образованию отложений В процессе транспортировки, хранении и применении свойства топлив могут изменяться в результате физических и химических процессов. Кроме того, в топливах могут развиваться грибки и бактерии. Поэтому различают физическую, химическую и биологическую стабильность. Физическую стабильность определяют: склонность топлива к испарению и способность расслаиваться и образовывать осадки при смешивании. Химическая стабильность: склонность к окислению углеводородов и неуглеводородных примесей при обычных и повышенных температурах с образование смолистых кислородосодержащих соединений. Биологическая стойкость: стойкость к воздействию бактерий, грибков и плесени. Физическая стабильность. Испарение топлива во время транспортировки и хранении ведёт не только к материальным потерям, но и к ухудшению эксплуатационных свойств и загрязнению окружающей среды. Чем больше в топливе легкокипящих фракций углеводородов, чем ниже температура начала кипения топлива, чем выше давление его насыщенных паров, тем больше склонность топлива к испарению. Из жидких топлив максимальную склонность к потерям от испарения имеют бензины. Топлива, содержащие только углеводородные компоненты, не расслаиваются при любых температурах. Попадание воды в такие топлива не сопровождается вымыванием каких-либо компонентов, и после отстоя топлива не изменяют своих свойств. Иначе ведут себя топлива, в которых присутствуют кислородосодержащие компоненты, например, спирты. Растворимость метанолов и этанолов в углеводородах ограничена. При попадании воды концентрация спиртов снижается, ухудшается их растворимость и топливо мутнеет. Топлива тяжёлого фракционного состава смешиваются с метанолом хуже бензинов и расслаиваются при более высоких температурах. Химическая стабильность. На любой стадии – хранение, транспортировка, применение – происходит соприкосновение топлива с воздухом. Нестабильные соединения находящиеся в топливе под воздействием кислорода изменяются с образование смолистых веществ. Эти продукты окисления способны вызвать коррозию деталей двигателя, забивать фильтры и жиклёры, образовывать отложения на клапанах и в камерах сгорания. Химическая стабильность топлив зависит от состава и строения углеводородов и содержания и природы неуглеводородных примесей, входящих в состав топлива. Кроме того, химическая стабильность зависит от температуры, концентрации кислорода, солнечного света и других факторов. Окислению подвергаются все углеводороды, но с разной скорость, но самопроизвольно без подвода внешней энергии. Автоокисление углеводородов процесс самоускоряющийся. В большей степени окислению подвержены непредельные углеводороды. Их склонность зависит от строения углеродного скелета и расположению двойных связей. Углеводороды с сопряжёнными двойными связями (ациклические или циклические) и с одной двойной связью в боковой цепи, связанной с ароматическим ядром, являются инициаторами окисления остальных углеводородов. Среди алкенов менее склонны к окислению циклоалкены с одной двойной связью, диены с удалёнными двойными связями и олефины. По мере разветвления углеродного скелета и приближения двойной связи к середине молекулы склонность олефинов к окислению возрастает. Наименее подвержены к окислению алканы, нафтены, бензол. Ароматические углеводороды с боковыми цепями окисляются легче бензола. Склонность к окислению возрастает с увеличением молекулярной массы, увеличением числа и длины боковых цепей и несимметричности молекулы. Биологическая стойкость. Образование микробиологических масс и продуктов их жизнедеятельности способствует коррозии металлов, ведёт к забивке трубопроводов, фильтров и каналов топливной аппаратуры. Микроорганизмы, попадая в топливо, могут длительное время сохраняться в нём, не размножаясь, но и не отмирая. Многие микроорганизмы развиваются в системах из топлива и воды. При этом микробиологические массы развиваются на поверхности раздела между водой и топливом. Росту микроорганизмов способствует повышение температуры. Большая влажность с высокой температурой способствуют развитию микроорганизмов. Коррозионная активность. Совместимость с неметаллическими материалами В процессе хранения, транспортирования, применения топлива могут вызывать коррозию металлов, набухание, разрушение или другие изменения свойств резин, герметиков и других эксплуатационных материалов. Продукты сгорания топлив вызывают коррозию деталей цилиндропоршневой группы, газораспределительного механизма, агрегатов выпускного тракта и увеличивать коррозионную активность атмосферы. Коррозия обычно протекает на границе двух фаз – металла и жидкости или газа. Причиной коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов. Все металлы в условиях эксплуатации стремятся перейти в стабильное окисленное состояние, в чём и проявляется суть коррозии. Химический и электрохимический процессы коррозии различны по принципу и по скорости протекания. Химическая коррозия возникает при прямом химическом взаимодействии металла с окружающей средой или её компонентами. Это обычная химическая реакция, протекающая в средах, не проводящих электрического тока: сухие газы и неэлектрики. Например, газовая коррозия выпускного тракта отработавшим газами или коррозия топливной системы за счёт взаимодействия с сернистыми соединениями, находящимися в топливе. Электрохимическая коррозия происходит в том случае, когда на поверхности металла имеется электролит: водный раствор солей, кислот, щелочей, проводящих электрический ток. Такая коррозия протекает со значительной скоростью и играет ведущую роль в разрушении металлов во взаимодействии с топливом. Вода может попасть в топливо при заправке, резком перепаде температур, высокой влажности воздуха. Газы, находящиеся в воздухе, растворяются в этой воде. Так возникает электрохимическая реакция в плёнке получившегося электролита на поверхности границ металла и топлива или газа. Коррозионная активность зависит от состава топлив. Углеводороды не оказывают коррозионного воздействия на металлы. Коррозионная активность топлив зависит от неуглеводородных примесей: сернистых и кислородных соединений, и водорастворимых кислот и щелочей. Водорастворимые кислоты и щёлочи являются случайными примесями, попавшие в топливо после одного из видов очистки или при использовании недостаточной чистой тары и трубопроводов. Кислоты вызывают сильную коррозию любых металлов, щёлочи корродируют алюминий. К другим примесям, вызывающим коррозию, относятся сераорганические соединения. Активность соединений серы при обычных температурах различна. К активным относят сероводород, свободную серу и меркаптаны. Сероводород особенно опасен для цинка, меди, железа, латуни, сера воздействует на медь и железо, меркаптаны взаимодействую почти со всеми металлами. Такие соединения серы, как сульфиды, дисульфиды, тиофены, тиофаны относятся к неактивным и при обычных температурах не взаимодействуют с металлами. Но в процессе сгорания все сернистые соединения образуют активные оксиды серы – SO2 и SO3. Именно поэтому общее содержание серы в топливах ограничивается. Характер коррозионного действия оксидов серы на металлы зависит от температуры. При низкой температуре, когда возможна конденсация водяных паров из продуктов сгорания, происходит электрохимическая коррозия. При температуре выше критической конденсации влаги на поверхностях не происходит и протекает высокотемпературная сухая газовая химическая коррозия. В области оптимальных температур коррозия минимальна. Снижение температуры ниже оптимальной резко увеличивает скорость электрохимической коррозии, скорость химической коррозии возрастает с повышением температуры не так быстро. Таким образом, высокотемпературные режимы менее опасны, чем низкотемпературные. В бензиновых двигателях коррозия оказывает более сильное влияние на износ цилиндров, чем в дизелях. Наибольший износ наблюдается при пуске двигателя, особенно в зимнее время и при эксплуатации с частыми и длительными остановками. При необходимости использования сернистых топлив снижение коррозионного износа цилиндро-поршневой группы возможно за счёт щелочных присадок в моторное масло. Сложнее защитить от коррозии детали выпускного тракта и особенно глушителя. Оксиды серы растворяются в воде, конденсирующейся из продуктов сгорания. Здесь снижения коррозии можно достигнуть уменьшением содержания серы в топливе. Кислородосодержащие соединения всегда присутствуют в топливах. Они попадают из нефти при её переработке, при окислении непредельных углеводородов при хранении и транспортировке. Высокой коррозионной активностью из кислородосодержащих обладают нафтеновые кислоты. Но они заметное влияние оказывают на свинец и цинк, а на другие цветные металлы и на чёрные металлы они действуют незначительно. Кислые продукты окисления нестабильных углеводородов обладают значительно большей коррозионной активностью, чем нафтеновые кислоты, тем более часть их растворима в воде. Для снижения коррозионной активности топлива подвергают очистке. Антиокислительные присадки предотвращают окисление углеводородов и сернистых соединений. Действие этих присадок различно: - ингибиторы хемосорбционного действия, химически взаимодействуя присадки с металлом, образуют не его поверхности защитную плёнку; - ингибиторы адсорбционного действия, образуют на поверхности металла защитную плёнку вследствие адсорбции полярных групп поверхностно-активных веществ; - ингибиторы нейтрализующего действия нейтрализуют кислотно-агрессивные продукты. Добавка азотосодержащих присадок к топливам уменьшает газовую коррозию выпускного тракта. Микроорганизмы в результате своей жизнедеятельности образуют кислые коррозионно-активные вещества в виде коричнево-чёрной слизи, скапливающейся на границе раздела двух фаз: топливо–вода – на дне резервуара, топливного бака, на стенках трубопроводов. Эти продукты жизнедеятельности микроорганизмов не только разрушают защитные покрытия металлов, но и вызывают разложение антикоррозионных присадок. Для борьбы с микроорганизмами применяют бактерицидные присадки. Углеводороды являются растворителями многих неметаллических материалов, их которых изготавливают детали топливных систем двигателя. Особенно высокая растворяющая способность у ароматических углеводородов, входящих в состав топлив до 50%. Неметаллические материалы набухают, из них вымываются присадки и ингредиенты. Это приводит к преждевременному выходу из строя прокладок, герметиков, сальников, шлангов и т.д. Защитная способность Даже после очистки топлив после практически полного удаления коррозионно-активных компонентов коррозия металлов не только не уменьшилась, но в ряде случаев даже увеличилась. Коррозионная активность топлив действительно уменьшилась, но серо- и кислородосодержащие соединения, являясь поверхностно-активными веществами, способны образовывать на поверхности металлов плёнки, предотвращающие электрохимическую коррозию в присутствии воды. Это свойство получило название защитной способности. Коррозионная активность и защитная способность проявляются одновременно и это учитывается при разработке антикоррозионных и защитных присадок. Противоизносные свойства В автомобильных двигателях внутреннего сгорания детали топливоподающей аппаратуры смазываются самим топливом. Создавать дополнительную масляную систему для смазки элементов топливной системы сложно, так как смазочное масло применять здесь невозможно. Интенсивность износа трущихся деталей системы питания двигателя при контакте с топливом зависит от конструктивных (контактирующие металлы и их сплавы, чистота обработка поверхности, величина и характер нагрузок) и эксплуатационных (температурный режим работы деталей, степень нагрева топлива) факторов. Степень загрязнённости топлива механическими примесями влияет на интенсивность износа, но является величиной переменной и зависит от системы фильтрования. Поэтому в понятие противоизносных свойств топлива не включается. Противоизносные свойства топлив зависят от вязкости и её температурных изменений, от наличия в топливе поверхностно-активных веществ. Смазывающие свойства топлив значительно хуже, чем у масел. И вязкость, и содержание поверхностно-активных веществ в топливе значительно меньше, чем в масле. С увеличением пределов выкипания топлива, увеличивается его вязкость и содержание поверхностно-активных веществ и, следовательно, Противоизносные свойства. На поверхности трущихся пар при контакте с топливом образуется граничный слой, выполняющий роль смазочной плёнки. Образование этой плёнки связано с активностью поверхностного слоя металла, притягивающего серо-, кислородо- и азотосодержащие соединения и создающие на поверхности смазочную плёнку. Наилучшими противоизносными свойствами обладают кислородные соединения. Образование смазочной плёнки на поверхности трущихся деталей связано не только с адсорбцией (физическим взаимодействием), но и с хемосорбцией (химическим взаимодействием). Хемосорбционная плёнка более прочная, чем адсорбционная, поэтому её стараются создать в самых нагруженных узлах. После очистки из топлива удаляются гетероорганические соединения и ухудшаются противоизносные свойства. Поэтому в товарное топливо добавляют противоизносные присадки. Противоизносные свойства топлив ухудшаются в присутствии механических примесей, так как они разрушают плёнку и вызывают абразивный износ. Охлаждающая способность Расход топлива в двигателях большой, что позволяет отвести значительное количество тепла от объекта и одновременно нагреть топливо, что улучшает его испаряемость перед сгоранием. Но для эффективности использования топлива в качестве охлаждающей жидкости оно должно отвечать определённым требованиям: - Температура начала кипения должна быть выше возможного нагрева топлива при выходе из теплообменника. Закипание топлива может нарушить работу системы питания двигателя. - Топливо должно обладать высокой термической стабильностью и не окисляться при температурах в теплообменнике. - Топливо должно иметь высокую теплоёмкость. - У топлива должна быть высокая теплопроводность, обуславливающая скорость протекания процесса теплоотдачи. Наибольшей теплоёмкостью обладают алканы нормального строения (неразветвлённые парафины). При увеличении разветвлённости у изомеров теплоёмкость всех углеводородов падает. Задание 2. Опишите основные свойства автомобильного топлива. Задание 3. Составить по данному материалу 3 вопроса и дать на них ответ. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9 | |||||||||
