книги из ГПНТБ / Пособие мотористу рыбопромыслового судна [практическое руководство] Е. М. Соловьев. 1960- 14 Мб

опасности топлива в пожарном отношении. Бензин является наи­ более огнеопасным топливом, его пары вспыхивают при темпе­

ратуре вспышки ниже 30° С.

Температурой застывания называется температу­

ра, при которой топливо теряет свою текучесть и превращается в студенистую массу. Температура застывания определяет при­ годность топлива для применения его в двигателях в условиях низких температур окружающей среды. Температура застывания

дизельных топлив колеблется в пределах от —60 до —10° С.

Температурой самовоспламенения называется наименьшая температура, при которой вся масса топлива в при­ сутствии воздуха воспламеняется без соприкосновения с пламе­ нем. Температура самовоспламенения топлива имеет очень важ­ ное значение при выборе степени сжатия. Температура сжатия

в двигателях с внешним смесеобразованием должна быть ниже

температуры самовоспламенения топлива, чтобы не допустить преждевременной вспышки в цилиндре. В дизелях температура сжатия должна быть выше температуры самовоспламенения, чтобы обеспечить мгновенно воспламенение всей массы топлива, впрыснутого в цилиндр.

Коксуемость топлива является косвенным показателем содержания смолистых веществ, вызывающих повышенное на-

гарообразование в двигателях. Кокс (нагар), образующийся вследствие неполного сгорания и разложения частиц топлива,

вызывает засорение деталей цилиндро-поршневой группы. Ко­

ксуемость (коксовое число) определяется в приборе Конрадсона по содержанию в топливе кокса в процентах от веса топлива. Образование кокса в топливе не должно превышать 0,05—0,1%

для всех сортов дизельных топлив, кроме марки ДТ-1 (М3) ГОСТ 1667—51, у которого коксуемость допускается до 3%.

Содержание серы, кислот и щелочей. При нали­

чии паров воды содержащаяся в топливе сера образует серную кислоту, разъедающую металл. Такое же действие оказывают кислоты и щелочи, которые могут присутствовать в топливе в ре­ зультате плохой очистки.

При эксплуатации дизелей на сернистом топливе во избежа­ ние образования серной кислоты и других сернистых соединений необходимо добиваться тщательного отделения воды, содержа­

щейся в топливе.

Зольность определяется в процентах по весу. Соли, со­

держащиеся в топливе, образуют твердые частицы, которые, по­ падая на стенки цилиндров, вызывают их повышенный износ, а также износ поршня и поршневых колец.

Механические примеси. Механическими примесями

называются все находящиеся в топливе в виде осадка или во взвешенном состоянии вещества, которые задерживаются фильт­ рами. Механические примеси вызывают повышенный износ и за­ сорение топливных насосов, форсунок, поршней и цилиндров.

59

Поэтому технические условия на дизельные топлива не допус­

кают наличия механических примесей.

Содержание воды. Топливо после переработки яв­ ляется практически безводным. Обводнение происходит, глав­ ным образом, в процессе транспортировки. Содержание воды снижает теплотворную способность топлива и ухудшает процесс сгорания. В топливе, применяемом для дизелей, содержание воды

должно быть минимальным (особенно в топливе с повышенным

содержанием серы). При наличии воды в топливе в зимнее время

из него выпадают кристаллы льда, которые, скапливаясь в фильт­ рах и трубопроводах, могут нарушить подачу топлива в цилинд­ ры дизеля; вода также вызывает коррозию деталей топливной

аппаратуры.

Теплотворная способность топлива. Одной из

важнейших характеристик топлива является его теплотворная способность. Теплотворной способностью топлива называется

количество теплоты в больших калориях (ккал), выделяющейся при полном сгорании 1 кг топлива (большой калорией назы­ вается количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг

воды на 1° С). Теплотворная способность топлива нефтяного про­

исхождения в среднем равна 10 000 ккал/кг.

§ 20. ВОСПЛАМЕНЕНИЕ И СГОРАНИЕ ТОПЛИВА В Д. В. С.; КОЛИЧЕСТВО ВОЗДУХА, НЕОБХОДИМОЕ ДЛЯ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА; КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА

Для сгорания топлива в цилиндре двигателя необходимо, чтобы оно было хорошо перемешано с воздухом и подогрето до определенной температуры. Количество воздуха, необходимое для сгорания того или иного вида топлива, зависит от химиче­ ского состава последнего и может быть определено по формулам химических реакций, происходящих при сгорании. Подсчитанное

таким образом количество воздуха называется теоретически не­ обходимым.

Для сгорания 1 кг топлива нефтяного происхождения теорети­ чески требуется около 15 кг воздуха. В действительности для обеспечения нормального сгорания в цилиндр двигателя должно быть введено больше воздуха. Соотношение между топливом и необходимым для полного его сгорания воздухом во многом за­

висит от способа смесеобразования.

В карбюраторном двигателе для сгорания 1 кг топлива тре­ буется количество воздуха, близкое к теоретическому (16 кг). Это объясняется тем, что в карбюраторном двигателе приготов­ ление рабочей смеси происходит во время тактов впуска и сжа­ тия, т. е. на смесеобразование отводится достаточное количество времени для того, чтобы каждая частица топлива была окру­ жена слоем воздуха, необходимого для сгорания,

60

В дизелях для сгорания 1 кг топлива необходимо 25—30 кг

воздуха, так как на смесеобразование и сгорание в них отводится небольшая часть всего рабочего цикла, в течение которой колен­ чатый вал успевает повернуться у четырехтактного двигателя на 40°, а у двухтактного — на 25—30°. Если коленчатый вал двигателя вращается со скоростью 1000 об/мин, то на все смесе­

образование и сгорание приходится только 0,006—0,008 сек. За столь короткий отрезок времени трудно обеспечить такое совер­ шенное смесеобразование, чтобы каждая частичка топлива во­

шла в соприкосновение с воздухом. Поэтому для надежного сме­ сеобразования и полного сгорания топлива в цилиндре должно быть всегда больше воздуха, чем требуется по теоретическим

расчетам. В зависимости от типа двигателя и его быстроходно­ сти избыток воздуха составляет 30—100%.

Для характеристики действительного количества воздуха, потребного для сгорания топлива, введено понятие коэффи­ циента избытка воздуха. Коэффициентом избытка воздуха назы­ вается отношение количества воздуха, действительно затрачи­ ваемого на сгорание 1 кг топлива в двигателе, к количеству воз­

духа, теоретически необходимому для полного сгорания этого же

количества топлива. Например, если для сгорания 1 кг топлива в дизеле требуется 30 кг воздуха, то коэффициент избытка воз­ духа равен 30/15 — 2. Излишнее количество воздуха не участ­ вует в сгорании и бесполезно проходит через цилиндры, умень­ шая использование их рабочего объема и тем самым снижая мощность двигателя. Однако с этим приходится мириться, учи­ тывая необходимость при всех условиях обеспечить полное сго­ рание топлива. Малейший недостаток воздуха приводит к непол­ ному сгоранию топлива. При этом несгоревшая часть топлива

либо уносится с отработавшими газами в виде мельчайших ча­ стиц, либо отлагается в виде нагара на стенках камеры сгора­ ния, поршневых кольцах и клапанах, расстраивая нормальную работу двигателя и вызывая усиленный износ трущихся деталей.

С увеличением коэффициента избытка воздуха сгорание топ­ лива протекает лучше. Однако при этом возникают большие по­ тери тепла вследствие нагрева воздуха, неиспользуемого в про­ цессе сгорания. Поэтому коэффициент избытка воздуха стремятся по возможности уменьшить. Для различных типов двигателей коэффициент избытка воздуха разный: для калоризаторных дви­ гателей 1,8—2,2; карбюраторных 0,95—1,2; для дизелей 1,35—1,8.

Процесс сгорания топлива в цилиндре двигателя протекает различно в зависимости от типа двигателя и способа воспламе­ нения топлива.

У дизелей процесс самовоспламенения и сгорания распа­

дается на четыре фазы. На рис. 47, а приведена развернутая индикаторная диаграмма, снятая при положении поршня вблизи в. м. т., с указанием фаз сгорания. По вертикали указывается

61

давление (р) в kzIcm2, по горизонтали — поворот коленчатого вала в градусах (п. к. в.°).

Первая фаза—задержка самовоспламенения — начи­ нается с момента поступления в цилиндр первых частичек топ­

лива (точка 1) и продолжается до самовоспламенения испарив­ шегося топлива (точка 2). Несмотря на то, что температура воз­ духа в конце сжатия значительно превышает температуру само­

воспламенения дизельного топлива, все же требуется время для предварительного нагрева и частичного испарения впрыснутого

топлива. Поэтому в первой фазе топливо только подготавли­ вается к сгоранию.

Продолжительность периода задержки воспламенения зави­ сит от сорта топлива, температуры в цилиндре в конце сжатия,

качества распыливания и завихрения в цилиндре.

Вторая фаза — видимое сгорание топлива — начинается

с момента его самовоспламенения (точка 2). В это время пор­ шень находится около в. м. т. Топливо, скопившееся в цилиндре в течение первой фазы, самовоспламеняется и сгорает (до точ­ ки 3). Его сгорание сопровождается резким нарастанием давле­ ния за очень короткий промежуток времени, в течение которого коленчатый вал почти не успевает повернуться. Например, у ди­ зеля ЗД6 за 4° поворота коленчатого вала давление газов возра­ стает с 35 до 65 кг!см2. Чем больше длится первая фаза — задер­ жка самовоспламенения, тем больше топлива скапливается в ка­ мере сгорания, тем выше и резче повышается давление сгорания во второй фазе. Такое сгорание, при котором скорость нарастания давления превышает 3 кг/см2 на 1° поворота коленчатого вала,

62

сопровождается работой двигателя со стуком, или, как Говорят, двигатель работает «жестко».

Так как продолжительность задержки самовоспламенения зависит от сорта топлива, то, для того чтобы уменьшить нара­ стание давления во второй фазе и сделать сгорание более плав­ ным, необходимо подбирать хорошо самовоспламеняющиеся

сорта топлива.

Способность дизельного топлива к сгоранию в цилиндре оце­

нивается условным цетановым числом. Чем выше цетановое число, тем воспламеняемость дизельного топлива лучше и дви­ гатель работает мягче.

Для быстроходных дизелей применяется топливо с цетано­ вым числом 40—60, для тихоходных 35—40.

Третья фаза (точки 3—4) характеризует такой период сгорания, когда топливо продолжает впрыскиваться и, встречая

среду с высокой температурой, сгорает без подготовки сразу по

поступлении в цилиндр. К этому времени поршень уже успевает

отойти от в. м. т., вследствие чего начинается увеличение объема газов в цилиндре. Давление фазы почти не меняется или ме­ няется незначительно.

Процесс сгорания во время третьей фазы является наиболее эффективным. За этот период сгорает 40—60% всей порции топ­ лива, поданной в цилиндр. Чем больше сгорает топлива во время третьей фазы, тем мягче работает двигатель и тем совершеннее

протекает весь процесс в целом.

Четвертая фаза — догорание (точки 4—5). Сгорает топливо, неуспевшее сгореть за вторую и третью фазы. Догорание распространяется на такт расширения. Впрыскивание топлива

из форсунки в это время уже закончилось. Четвертая фаза не­ желательна, так как сопровождается перерасходом топлива и

перегревом двигателя. При хорошем смесеобразовании эта фаза

почти отсутствует.

Процесс сгорания рабочей смеси в двигателях с внешним смесеобразованием состоит из трех фаз, которые показаны на развернутой индикаторной диаграмме (рис. 47, б).

Первая фаза является периодом скрытого сгорания. В процессе сжатия температура паров топлива с воздухом резко увеличивается, однако не достигает температуры самовоспламе­

нения топлива. Электрическая искра (точка /) воспламеняет близлежащие слои горючей смеси и образует очаг горения. Ввиду малой скорости горения давление в цилиндре до точки 2 остается

неизменным, равным давлению сжатия.

Вторая фаза — период распространения пламени в ра­ бочей смеси — называется периодом эффективного сгорания.

Скорость распространения пламени в камере сгорания в это время обычно не превышает 20 м/сек. Давление в цилиндре воз­ растает (линия 2—5).

При некоторых условиях, зависящих от степени сжатия, мо­

63

мента подачи искры, состава смеси, а также от сорта топлива, нормальная скорость сгорания нарушается. Процесс сгорания начинает протекать с образованием взрывных волн, имеющих скорость распространения 2000—3000 м/сек. При этом темпера­ тура и давление в цилиндре резко повышаются. Такой характер

процесса сгорания носит название детонации. Детонация сопро­ вождается значительным перегревом цилиндров, падением мощ­

ности и появлением в двигателе резких металлических стуков. Оценка антидетонационных свойств топлива для карбюраторных

двигателей производится аналогично оценке воспламеняемости дизельных топлив по условному числу, называемому октановым. Чем выше октановое число, тем лучше топливо, т. е. у него мень­ шая способность к детонации. Бензины автомобильного типа

имеют октановое число 66—74.

Третья фаза, так же как у дизелей четвертая, назы­ вается догоранием. Этот период начинается от точки 3 и продол­ жается на такте расширения. Догорание, как и у дизелей, не­ эффективно.

§ 21. СОРТА ТОПЛИВА, ПРИМЕНЯЕМОГО ДЛЯ Д. В. С. РЫБОПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА

Для судовых двигателей флота рыбной промышленности при­ меняют следующие сорта топлива:

для двигателей типа ЗД6 и для других марок быстроходных дизелей, для которых это обусловлено инструкцией по эксплуа­ тации,— топливо марки ДС по ГОСТ 4749—49;

для других типов быстроходных дизелей —■ топливо марки ДС по ГОСТ 4749—49 или дизельное топливо марок Л, 3 и А по ГОСТ 305—58;

для тихоходных судовых дизелей — соляровое масло по ГОСТ 1666—51, но, так как это ценное топливо дефицитно, на

практике оно может быть заменено дизельным топливом по ГОСТ 305—58;

для дизелей с числом оборотов менее 300 об/мин разрешается применять моторное топливо марки ДТ-1 (М3) по ГОСТ 1667—51,

если это предусмотрено инструкцией завода и на судне имеется сепаратор для очистки топлива;

для калоризаторных двигателей, для которых не требуются специальные сорта топлива,— моторное топливо марки ДТ-1

(М3);

для карбюраторных двигателей — автомобильные бензины трех марок: А-66; А-70; А-74 по ГОСТ 2084—56. Цифровые зна­ чения соответствуют октановым числам этих бензинов.

Основные показатели дизельного и моторного топлива приве­ дены в табл. 1.

Для улучшения воспламеняемости дизельного топлива и по­

вышения антидетонационных свойств бензинов к топливу добав­ ляют присадки.

64

К дизельным топливам для повышения цетанового числа до­ бавляют следующие присадки: перекись ацетона, этилнитрит, амилнитрат.

Таблица 1

Основные показатели дизельного и моторного топлива

Для уменьшения способности бензинов детонировать к ним также добавляют специальные присадки — антидетонаторы. В качестве такой присадки, вводимой в топливо в долях процента, применяется этиловая жидкость. С бензинами, содержащими этиловую жидкость, надо обращаться очень осторожно, так как они ядовиты. Этилированные бензины окрашивают в светло-ро­ зовый или синий цвет, чтобы их легко можно было отличить от

неэтилированных.

§ 22. ОЧИСТКА ТОПЛИВА

Топливо, принятое на судно, содержит воду и механические примеси в виде частиц пыли, песка и железной окалины. Для обе­ спечения нормальной работы двигателя топливо перед подачей его в топливную аппаратуру должно быть подвергнуто очистке. Очистка топлива может быть выполнена тремя способами, кото-

рые нередко комбинируют. Первый способ — отстаивание в спе­ циальных цистернах, второй — фильтрация, третий — сепариро­ вание.

Отстаивание топлива производят не менее чем в двух цистернах. Одна из них является расходной, топливо из нее поступает для питания двигателя, вторая служит для отстаива­ ния топлива. Вода и отстоявшаяся грязь удаляются из цистерны через спускные краны. Однако метод очистки топлива отстаива­ нием не может считаться совершенным, особенно при качке судна, которая задерживает осаждение примесей и воды. Этот метод применяется чаще всего для предварительной очистки топлива.

Фильтрацию топлива осуществляют пропуском топ­ лива через фильтры, которые задерживают механические при­ меси. Фильтры могут быть разделены на три группы: поверхно­ стные, щелевые и емкостные. Поверхностные фильтры представ­ ляют собой каркас, обтянутый либо сеткой, либо шерстяной или хлопчатобумажной тканью. Щелевые фильтры все более вытес­ няют поверхностные. Чаще всего щелевой фильтр представляет

собой набор пластин, между которыми есть щели для прохода топлива. Емкостными фильтрами называются такие, у которых вся масса фильтрующего материала используется для задержа­ ния посторонних примесей в топливе. В качестве фильтрующего материала в этом случае применяется войлок, фетр, бумага и другие пористые материалы.

Сепарирование — наиболее совершенная очистка топ­ лива, при которой отделение от топлива более тяжелых частиц происходит под действием центробежных сил, возникающих при вращательном движении топлива в сепараторе. Вследствие раз­ ности удельных весов у топлива и примесей при вращении возни­ кают разные центробежные силы. Примеси и вода, имеющие большие удельные веса, располагаются по наружной стенке вра­ щающихся сосудов сепаратора, а топливо сосредоточивается около центра вращения, откуда оно и отбирается.

§ 23. ТОПЛИВНЫЕ СИСТЕМЫ; ПРИЕМКА ТОПЛИВА НА СУДНО И ЕГО ХРАНЕНИЕ

Устройства, обеспечивающие подготовку, подвод и подачу

топлива в цилиндры, носят название топливной системы двига­ теля.

К топливной системе судовых двигателей относят: цистерны основного запаса, расходные цистерны, отстойные баки, топливо­ подкачивающие насосы, фильтры, сепараторы, топливную аппа­

ратуру (топливные насосы, форсунки), топливные контрольно­

измерительные приборы и трубопроводы.

На рис. 48 изображена схема топливной системы дизеля 4DV 224. По левому и правому бортам расположены топлив­ ные цистерны основного запаса. Из этих цистерн ручным топли­

66

воперекачивающим насосом 1 топливо через фильтр 2 подается

в расходный бак, откуда самотеком поступает к фильтрам 3,

установленным на двигателе. Очищенное топливо поступает к топливным насосам 7, которые отмеривают определенные дозы топлива и под высоким давлением подают его к форсункам 5. Излишнее (отсекаемое) топливо от насосов по трубопроводу 6 отводится снова к подводящей магистрали. Топливо, просочив­ шееся, через неплотности в форсунках, отводится по трубопро­ воду 4.

За последнее время все большее распространение получает подача топлива к топливным насосам не самотеком, а под не-

Рис. 48. Схема топливной системы дизеля 4DV 224.

большим давлением в 1,5—2 атм специальным топливоподкачи­

вающим насосом. Наличие такого насоса обеспечивает беспере­ бойную подачу топлива при различных температурных усло­

виях, а также позволяет применять высокоэффективные фильтры,

совершенно необходимые для быстроходных дизелей.

На рис. 49 изображена топливная система быстроходного дизеля ЗД6 с топливоподкачивающим насосом, где 1 — топливо­ подкачивающий насос; 2 — фильтр; 3— топливный насос высо­ кого давления; 4 — форсунка.

Топливо принимают на судно с топливных баз или нефтераз­

даточных барж в портах, а на промысловые суда прием топлива производят также и в море с судна-раздатчика или плавучей базы. Перед приемкой топлива на судно необходимо проверить соответствие его техническим условиям по паспорту. При при­

емке топлива необходимо соблюдать чистоту и аккуратность;

шланги должны быть чистыми и неповрежденными; приемка топ­ лива в цистерну должна производиться через воронку с фильт­