Materiały eksploatacyjne
Paliwa - substancje, które w wyniku spalania wydzielają energię. Paliwa: - stałe ciekłe gazowe Paliwa stałe mogą być dodawane do wolnoobrotowych silników wysokoprężnych - zastosowanie minimalne Paliwa gazowe: coraz szersze zastosowanie Paliwa ciekłe - zawierają maksymalną ilość energii w jednostce objętości, charakteryzują się łatwością transportu i przechowywania, brakiem popiołu (najszersze zastosowanie). Paliwa ciekłe:
Nafta - destylacja 150 -300° C, liczba oktanowa do 50, liczba cetanowa do 35. Zastosowanie: silniki iskrowe o małych sprężach, wysokoprężne silniki wolnoobrotowe. Najszersze zastosowanie w silnikach przepływowych. Alkohole: (metylowy i etylowy), metylowy otrzymywany z gazu ziemnego, z wodą silnie korodujący, stosowany do 3% w benzynie. Etylowy (etanol) - LO 95, może być stosowany do zasilania wyłącznego lub w mieszance z benzyną (do 6%), ze względu na rozwarstwienie. Zużycie tego paliwa jest 2x wyższe od benzyny.
Paliwa węglowodorowe otrzymywane z przeróbki ropy naftowej: Ropa naftowa - mieszanina węglowodorów. Rodzaje węglowodorów w ropie
Węglowodory parafinowe są pożądanym składnikiem olei napędowych. Parafinowe izomeryczne - pożądane w paliwach do silników iskrowych. Olefinowe powstają w wyniku rafinacji ropy naftowej. Naftenowe - cykloparafiny, budowa pierścieniowa, mogą stanowić pożądany składnik benzyn. Aromatyczne (budowa pierścieniowa ), posiadają największą liczbę oktanową, są jednak toksyczne. Paliwa te otrzymujemy w wyniku destylacji ropy naftowej. Benzyny 30 - 215°C Nafta 150 - 300°C Olej napędowy 180 - 380 ° Mazut Asfalty Zwiększenie ilości frakcji lekkich polega na krakowaniu. W wyniku podgrzewania węglowodory ciężkie rozpadają się na lekkie. Oczyszczanie to reforming.
Paliwa do silników o zapłonie iskrowym: Benzyny:
Wymagania: Łatwość wykonania mieszanki, duża liczba oktanowa, nie powinna tworzyć osadów (skład frakcyjny), nie powinna zmieniać własności w trakcie przechowywania, nie powinno być czynnikiem korodującym, nie powinno krystalizować w niskich temperaturach, nie powinno zawierać wody. Gęstość paliwa - gęstsze paliwo trudniej odparowuje, zależna od temperatury. Lepkość paliwa - opór występujący przy przesuwaniu względem siebie dwu nieskończenie siebie blisko leżących warstewek płynu. Prężność par paliwa nazywamy maksymalne ciśnienie jego fazy gazowej będącej w równowadze z fazą ciekłą w określonej temperaturze (benzyny 37,8°C). Prężność par: -letnie 40-80kPa, zimowe 30-70 kPa. Wartość opałowa paliwa: ilość ciepła powstała przy zupełnym i całkowitym spaleniu jednostki paliwa, przy założeniu że produkty spalania zostały ochłodzone do temp. substratów bez ciepła skraplania. Zależy od rodzaju węglowodorów. Benzyny - 43000 - 44000 kJ/Kg Olej napędowy 42300 - 43100 kJ/kG metanol 19500 etanol 27000 LPG 46000 Okres indukcyjny charakteryzuje paliwo pod względem trwałości - jest to przebieg czasu w którym paliwo poddane działaniu tlenu w temperaturze 100°C nie ulega jeszcze utlenieniu - powinien być nie krótszy od 450 min. Temperatura zapłonu - najniższa temperatura przy której pary badanego paliwa zapalają się przy zbliżeniu otwartego płomienia. T zapł. benzyn -10°C Temperatura ta ma wpływ jedynie na bezpieczeństwo. Temperatura krystalizacji - nazywamy taką temperaturę przy której z paliwa zaczynają się wydzielać kryształki paliwa widoczne gołym okiem (najwyższa węglowodory parafinowe) Ciepło parowania - benzyna 315 - 350 kJ/kG , alkohole ok. 1000 kJ/kG Wysokie ciepło parowania powoduje lepsze napełnianie cylndra. Liczba oktanowa paliwa jest miarą odporności paliwa na spalanie stukowe. Im wyższa LO tym paliwo jest bardziej odporne na spalanie stukowe. Czteroetylek ołowiu: Pb(C2H5)4 w stanie czystym jest cieczą bezbarwną, oleistą o przyjemnym zapachu i silnych właściwościach trujących. Dodaje się w płynie etylowym.
Alternatywne paliwa do zasilania silników o zapłonie iskrowym. Najczęściej stosujemy paliwa gazowe: gaz ziemny, świetlny, koksowniczy, wodno-czadowy, fermentacyjny, wodór, LPG. Gaz ziemny - główny składnik to metyn CH4 (do 90%) - nasycony wodą. Gaz świetlny - koksowniczy - wodno-czadowy - otrzymujemy w wyniku suchej destylacji paliw stałych (węgla, drewna, łupki bitumitu) Gaz fermentacyjny - otrzymywany w wyniku fermentacji odpadów komunalnych. Wodór - najczystsze paliwo - otrzymujemy z gazu ziemnego, ropy, w wyniku elektrolizy wodnych roztworów kwasów i zasad. Wodór posiada najwyższą LO, jest jednak bardzo niebezpieczny, ze względu na szerokie granice zapłonu. Występują także problemy z magazynowaniem. Gaz płynny LPG - mieszanina propanu i butanu (nbutan i izobutan). Przy normalnych warunkach występuje w stanie gazowym. Jednak przy ciśnieniu 0,8 MPa przechodzi w stan ciekły. Gaz ziemny przechowujemy w stanie gazowym o ciśnieniu 200 atm (20 MPa). Liczby oktanowe poszczególnych paliw: metan - 110 propan - 111 izobutan - 104 LPG - 103 benzyna - 98 n-butan - 94 Wpływ paliw na sprawność silnika: - można poprawić dzięki zwiększeniu kąta wyprzedzenia zapłonu (nieznacznie sprawność mechaniczna - spadnie w wyniku zmniejszenia mocy maksymalnej). Sprawność procesu spalania jest znacznie większa przy zasilaniu gazem, dzięki zmniejszeniu różnicy pomiędzy λ dynamicznym a λ ekonomicznym. Ekologia dla LPG - zawartość węglowodorów maleje NOX rosną (w przypadku pracy bez katalizatora). Wpływ na własności eksploatacyjne: - w przypadku starszych silników możliwe jest wypalanie gniazd zaworowych, polepsza smarowanie TPC , możliwe zwiększenie szybkości tłumików. Wymagania stawiane paliwom z zapłonem samoczynnym: Wymagania dotyczące tworzenia mieszanki: - łatwość rozpylania i parowania (decyduje lepkość i skład frakcyjny) - łatwość samozapłonu - określa liczba cetanowa - brak osadów w komorze spalania -brak wpływu na korozję (mała zawartość siarki) Olej napędowy otrzymujemy z ropy w procesie destylacji w temp. 180-380°C. Parametry opisujące własności oleju napędowego:
Lepkość oleju - znacznie wyższa od l. Benzyny. Lepkość ma wpływ na:
Granica lepkości ON to1,5° Englera (1,5 x lepkość wody) Temperatury charakterystyczne: Temperaturą mętnienia nazywamy taką T. Przy której wydzielają się kryształki węglowodorów nie widoczne gołym okiem. Temperatura zablokowania zimnego filtra to taka najwyższa T. Przy której paliwo znajdujące się pod niewielką próżnią nie daje się przetłoczyć, tzn. że czas przetłoczenia 20 cm3 jest dłuższy od 60 s. Temperatura krzepnięcia to taka najwyższa temperatura przy której po nachyleniu probówki z badanym paliwem o kąt 45° położenie jego menisku nie zmieni się w czasie 1 min. Temperatury te zależą od składu oleju napędowego. Najwyższe t. krzepnięcia mają węglowodory parafinowe. Jednak wyeliminowanie ich prowadzi do znacznego wzrostu temperatury samozapłonu. Temperatury obniża się trzema metodami:
Zawartość siarki powoduje korozję elementów silnika. Ropa naftowa jest zasiarczona, a temp. wrzenia siarki to 270 °C więc w granicach temperatur destylacji ON. Liczba cetanowa - zdolność do samozapłonu, wyraża liczbowo procentową zawartość cetanu C16H34 w paliwie wzorcowym, które ma taką samą zdolność do samozapłonu jak paliwo badane. Drugim składnikiem paliwa wzorcowego jest alfametylonaftalen. Luczbę cetanową badamy na silniku badawczym (z możliwością zmiany stopnia sprężania). Silnik badawczy wyposażony jest we wskaźnik wtrysku paliwa i wskaźnik samozapłonu. Optymalna liczba cetanowa to 40-70. W Polsce (ze względu na warunki klimatyczne LC bliżej 40). Paliwa do silników z zapłonem samoczynnym dostępne w Polsce to ON lekki: - olej letni DL, olej przejściowy DP, olej zimowy DZ. Temperatura zablokowania zimnego filtra dla poszczególnych olei to: 0° C dla DL, -12° dla DP -20°dla DZ. Temperatura zapłonu nie niższa niż 45°C, zawartość siarki <0,3 %, gęstość 0,810-0,870 kg/dm3. Przechowywanie paliw; W celu zwiększenia okresu indukcyjnego do paliwa dodaje się stabilizatory (destylatory smoły drzewnej). Na okres indukcyjny wpływa:
Katalizatory to miedź, ołów, i stopy tych metali. Najmniejszy wpływ na utlenianie posiada żeliwo i ewentualnie stal. Produkty procesu starzenia (żywice) mają katalityczny wpływ na proces starzenia. Usuwamy je gorącą parą wodną. Trujące własności paliw. Wszystkie paliwa silnikowe są trujące. Maksymalne dopuszczalne stężenia par paliwa wynosi 0,3 mg/m3 . Oleje przekładniowe stosowane są w przekładniach pojazdów samochodowych. Zadania :
Węzły tarcia charakteryzują się wysokimi naciskami (2500 MPa) dlatego nie ma możliwości wytworzenia klina olejowego. Występuje tarcie graniczne i zasadniczą rolę odgrywa smarność. Wymagania stawiane olejom:
Pod wpływem dużych prędkości obrotowych olej może ulegać spienieniu - zapobiega się temu poprzez specjalne dodatki. Stosujemy Hipole (liczba oznacza lepkość w cStokesach). Smary: Są to plastyczne środki smarujące (stałe lub półpłynne) w normalnej temperaturze stosujemy gdy ze względów konstrukcyjnych nie ma możliwości doprowadzenia oleju. Stosuje się smary przeciw cierne lub zabezpieczające przed korozją. Podstawowym składnikiem smarów jest olej mineralny (faza rozpraszająca i środki zagęszczające (faza rozpraszana). Jako środki zagęszczające stosuje się :
Wyróżniamy mydła:
właściwości smarów określa się na podstawie parametrów:
Temperatura kroplenia - temp. przy której ze smaru oddziela się pierwsza kropla oleju. Odporność termiczna - temp. przy której grudka smaru umieszczona w termostacie, w przeciągu określonego czasu nie wydziela oleju (< od temp. kroplenia). Konsystencja (twardość) charakteryzuje penetracja, głębokość na jaką zagłębia się stożek penetrometru w czasie 5 s. (o masie 25 g) w temp.25°C. Trwałość chemiczna - odporność na zmiany pod wpływem utleniania. Właściwości korozyjne - na podstawie skłonności smaru do korozji (czas). Smary wapniowe - maszynowe - 10-20% mydła 1-5% wody reszta olej mineralny. Duża odporność na działanie wody, dobre właściwości antykorozyjne, temperatura kroplenia 60-105°, stosowane do -30°C w łożyskach ślizgowych, tocznych, sworzniach, mechanizmach kierowniczych. Smary sodowe - brak odporności na działanie wody, wysokie temperatury kroplenia (do 200°C), stosowane w wysokich temperaturach, dużych naciskach. Smary glinowe - niewrażliwe na wilgoć temp. kroplenia 60-105°C, stosowane w mechanizmach precyzyjnych, w normalnych warunkach jako powłoki ochronne. Smary litowe - małą lepkość, odporność na utlenianie i wodę, pracują w temperaturach 60-200°C, stosowane do łożysk. Smary węglowodorowe - (wazelina jako środek zagęszczający), odporne na wodę, stosowane jako środek konserwujący. Płyny chłodnicze: Woda - dostępność, taniość, duży współczynnik przewodzenia ciepła, nietoksyczna, mała lepkość. Wady wytwarza kamień, wysoka temperatura krystalizacji. Glikol etylowy i woda - dobre własności temperatura krzepnięcia przy 0,33 wody -75°C wrzenia >100°C. Ubytek spowodowany odparowaniem wody. Płyn hamulcowy Wymagania - odpowiednia lepkość, niska temperatura krzepnięcia, wysoka temp. wrzenia, brak własności korozyjnych. Stosuje się olej rycynowy z alkoholami i dodatkami polepszającymi własności. Oleje silnikowe Zadaniem oleju silnikowego jest zmniejszenie tarcia, zastąpienie tarcia suchego płynnym lub półpłynnym. Dodatkowym zadaniami są : chłodzenie, zmywanie i usuwanie osadów, zabezpieczenie przed korozją, uszczelnianie luzów pomiędzy gładzią cylindra a tłokiem. Oleje silnikowe otrzymujemy w wyniku przeróbki ropy naftowej (mineralne) lub w sposób syntetyczny. Głównymi składnikami olejów (bazami) są: węglowodory nasycone, aromatyczne (1 i 2 pierścieniowe), parafinowe, naftenowe. W celu uzyskania oleju bazowego przeprowadza się: destylacja atmosferyczna > d. Próżniowa > rafinacja selektywna > odparafinowanie > hydrarafinacja. Coraz częściej stosowane są oleje syntetyczne. Oleje syntetyczne to:
Dodatki:
Parametry oleju:
Wysokość klina olejowego: η - lepkość dynamiczna u - prędkość obwodowa p.- nacisk h>1,5(Rz1+Rz2) R - wysokość mikronierówności Lepkość oleju zależy od temperatury (najlepiej by była stała). Lepkość kinematyczna ν=η/ρ ρ-gęstość, n - lepkość dynamiczna. Wl - liczba niemianowana określająca zależność lepkości kinematycznej od temperatury w stosunku do dwóch olejów, przyjętych za wzorcowe, których lepkości w temperaturze 100°C są takie same jek lepkość oleju badanego. Wl=
Przy badaniu oleju - mierzymy lepkość oleju w temperaturze 100°C, dobieramy oleje H i L, mierzymy lepkość oleju w temperaturze 40°C i obliczamy wskaźnik Wl. Istnieją oleje lepsze od H. W celu podwyższenia wskaźnika lepkości dodaje się związki wielkocząsteczkowe: poliizobutyle o dużej lepkości (do 2%).
|
Materiały eksploatacyjne
Paliwa - substancje, które w wyniku spalania wydzielają energię. Paliwa: - stałe ciekłe gazowe Paliwa stałe mogą być dodawane do wolnoobrotowych silników wysokoprężnych - zastosowanie minimalne Paliwa gazowe: coraz szersze zastosowanie Paliwa ciekłe - zawierają maksymalną ilość energii w jednostce objętości, charakteryzują się łatwością transportu i przechowywania, brakiem popiołu (najszersze zastosowanie). Paliwa ciekłe:
Nafta - destylacja 150 -300° C, liczba oktanowa do 50, liczba cetanowa do 35. Zastosowanie: silniki iskrowe o małych sprężach, wysokoprężne silniki wolnoobrotowe. Najszersze zastosowanie w silnikach przepływowych. Alkohole: (metylowy i etylowy), metylowy otrzymywany z gazu ziemnego, z wodą silnie korodujący, stosowany do 3% w benzynie. Etylowy (etanol) - LO 95, może być stosowany do zasilania wyłącznego lub w mieszance z benzyną (do 6%), ze względu na rozwarstwienie. Zużycie tego paliwa jest 2x wyższe od benzyny.
Paliwa węglowodorowe otrzymywane z przeróbki ropy naftowej: Ropa naftowa - mieszanina węglowodorów. Rodzaje węglowodorów w ropie
Węglowodory parafinowe są pożądanym składnikiem olei napędowych. Parafinowe izomeryczne - pożądane w paliwach do silników iskrowych. Olefinowe powstają w wyniku rafinacji ropy naftowej. Naftenowe - cykloparafiny, budowa pierścieniowa, mogą stanowić pożądany składnik benzyn. Aromatyczne (budowa pierścieniowa ), posiadają największą liczbę oktanową, są jednak toksyczne. Paliwa te otrzymujemy w wyniku destylacji ropy naftowej.
Benzyny 30 - 215°C Nafta 150 - 300°C Olej napędowy 180 - 380 °C Mazut Asfalty Zwiększenie ilości frakcji lekkich polega na krakowaniu. W wyniku podgrzewania węglowodory ciężkie rozpadają się na lekkie. Oczyszczanie to reforming.
Paliwa do silników o zapłonie iskrowym: Benzyny:
Wymagania: Łatwość wykonania mieszanki, duża liczba oktanowa, nie powinna tworzyć osadów (skład frakcyjny), nie powinna zmieniać własności w trakcie przechowywania, nie powinno być czynnikiem korodującym, nie powinno krystalizować w niskich temperaturach, nie powinno zawierać wody. Gęstość paliwa - gęstsze paliwo trudniej odparowuje, zależna od temperatury. Lepkość paliwa - opór występujący przy przesuwaniu względem siebie dwu nieskończenie siebie blisko leżących warstewek płynu. Prężność par paliwa nazywamy maksymalne ciśnienie jego fazy gazowej będącej w równowadze z fazą ciekłą w określonej temperaturze (benzyny 37,8°C). Prężność par: -letnie 40-80kPa, zimowe 30-70 kPa. Wartość opałowa paliwa: ilość ciepła powstała przy zupełnym i całkowitym spaleniu jednostki paliwa, przy założeniu że produkty spalania zostały ochłodzone do temp. substratów bez ciepła skraplania. Zależy od rodzaju węglowodorów. Benzyny - 43000 - 44000 kJ/Kg Olej napędowy 42300 - 43100 kJ/kG metanol 19500 etanol 27000 LPG 46000 Okres indukcyjny charakteryzuje paliwo pod względem trwałości - jest to przebieg czasu w którym paliwo poddane działaniu tlenu w temperaturze 100°C nie ulega jeszcze utlenieniu - powinien być nie krótszy od 450 min. Temperatura zapłonu - najniższa temperatura przy której pary badanego paliwa zapalają się przy zbliżeniu otwartego płomienia. T zapł. benzyn -10°C Temperatura ta ma wpływ jedynie na bezpieczeństwo. Temperatura krystalizacji - nazywamy taką temperaturę przy której z paliwa zaczynają się wydzielać kryształki paliwa widoczne gołym okiem (najwyższa węglowodory parafinowe) Ciepło parowania - benzyna 315 - 350 kJ/kG , alkohole ok. 1000 kJ/kG Wysokie ciepło parowania powoduje lepsze napełnianie cylndra. Liczba oktanowa paliwa jest miarą odporności paliwa na spalanie stukowe. Im wyższa LO tym paliwo jest bardziej odporne na spalanie stukowe. Czteroetylek ołowiu: Pb(C2H5)4 w stanie czystym jest cieczą bezbarwną, oleistą o przyjemnym zapachu i silnych właściwościach trujących. Dodaje się w płynie etylowym.
Alternatywne paliwa do zasilania silników o zapłonie iskrowym. Najczęściej stosujemy paliwa gazowe: gaz ziemny, świetlny, koksowniczy, wodno-czadowy, fermentacyjny, wodór, LPG. Gaz ziemny - główny składnik to metyn CH4 (do 90%) - nasycony wodą. Gaz świetlny - koksowniczy - wodno-czadowy - otrzymujemy w wyniku suchej destylacji paliw stałych (węgla, drewna, łupki bitumitu) Gaz fermentacyjny - otrzymywany w wyniku fermentacji odpadów komunalnych. Wodór - najczystsze paliwo - otrzymujemy z gazu ziemnego, ropy, w wyniku elektrolizy wodnych roztworów kwasów i zasad. Wodór posiada najwyższą LO, jest jednak bardzo niebezpieczny, ze względu na szerokie granice zapłonu. Występują także problemy z magazynowaniem. Gaz płynny LPG - mieszanina propanu i butanu (nbutan i izobutan). Przy normalnych warunkach występuje w stanie gazowym. Jednak przy ciśnieniu 0,8 MPa przechodzi w stan ciekły. Gaz ziemny przechowujemy w stanie gazowym o ciśnieniu 200 atm (20 MPa). Liczby oktanowe poszczególnych paliw: metan - 110 propan - 111 izobutan - 104 LPG - 103 benzyna - 98 n-butan - 94 Wpływ paliw na sprawność silnika: - można poprawić dzięki zwiększeniu kąta wyprzedzenia zapłonu (nieznacznie sprawność mechaniczna - spadnie w wyniku zmniejszenia mocy maksymalnej). Sprawność procesu spalania jest znacznie większa przy zasilaniu gazem, dzięki zmniejszeniu różnicy pomiędzy λ dynamicznym a λ ekonomicznym. Ekologia dla LPG - zawartość węglowodorów maleje NOX rosną (w przypadku pracy bez katalizatora). Wpływ na własności eksploatacyjne: - w przypadku starszych silników możliwe jest wypalanie gniazd zaworowych, polepsza smarowanie TPC , możliwe zwiększenie szybkości tłumików. Wymagania stawiane paliwom z zapłonem samoczynnym: Wymagania dotyczące tworzenia mieszanki: - łatwość rozpylania i parowania (decyduje lepkość i skład frakcyjny) - łatwość samozapłonu - określa liczba cetanowa - brak osadów w komorze spalania -brak wpływu na korozję (mała zawartość siarki) Olej napędowy otrzymujemy z ropy w procesie destylacji w temp. 180-380°C. Parametry opisujące własności oleju napędowego:
Lepkość oleju - znacznie wyższa od l. Benzyny. Lepkość ma wpływ na:
Granica lepkości ON to1,5° Englera (1,5 x lepkość wody) Temperatury charakterystyczne: Temperaturą mętnienia nazywamy taką T. Przy której wydzielają się kryształki węglowodorów nie widoczne gołym okiem. Temperatura zablokowania zimnego filtra to taka najwyższa T. Przy której paliwo znajdujące się pod niewielką próżnią nie daje się przetłoczyć, tzn. że czas przetłoczenia 20 cm3 jest dłuższy od 60 s. Temperatura krzepnięcia to taka najwyższa temperatura przy której po nachyleniu probówki z badanym paliwem o kąt 45° położenie jego menisku nie zmieni się w czasie 1 min. Temperatury te zależą od składu oleju napędowego. Najwyższe t. krzepnięcia mają węglowodory parafinowe. Jednak wyeliminowanie ich prowadzi do znacznego wzrostu temperatury samozapłonu. Temperatury obniża się trzema metodami:
Zawartość siarki powoduje korozję elementów silnika. Ropa naftowa jest zasiarczona, a temp. wrzenia siarki to 270 °C więc w granicach temperatur destylacji ON. Liczba cetanowa - zdolność do samozapłonu, wyraża liczbowo procentową zawartość cetanu C16H34 w paliwie wzorcowym, które ma taką samą zdolność do samozapłonu jak paliwo badane. Drugim składnikiem paliwa wzorcowego jest alfametylonaftalen. Luczbę cetanową badamy na silniku badawczym (z możliwością zmiany stopnia sprężania). Silnik badawczy wyposażony jest we wskaźnik wtrysku paliwa i wskaźnik samozapłonu. Optymalna liczba cetanowa to 40-70. W Polsce (ze względu na warunki klimatyczne LC bliżej 40). Paliwa do silników z zapłonem samoczynnym dostępne w Polsce to ON lekki: - olej letni DL, olej przejściowy DP, olej zimowy DZ. Temperatura zablokowania zimnego filtra dla poszczególnych olei to: 0° C dla DL, -12° dla DP -20°dla DZ. Temperatura zapłonu nie niższa niż 45°C, zawartość siarki <0,3 %, gęstość 0,810-0,870 kg/dm3. Przechowywanie paliw; W celu zwiększenia okresu indukcyjnego do paliwa dodaje się stabilizatory (destylatory smoły drzewnej). Na okres indukcyjny wpływa:
Katalizatory to miedź, ołów, i stopy tych metali. Najmniejszy wpływ na utlenianie posiada żeliwo i ewentualnie stal. Produkty procesu starzenia (żywice) mają katalityczny wpływ na proces starzenia. Usuwamy je gorącą parą wodną. Trujące własności paliw. Wszystkie paliwa silnikowe są trujące. Maksymalne dopuszczalne stężenia par paliwa wynosi 0,3 mg/m3 . Oleje przekładniowe stosowane są w przekładniach pojazdów samochodowych. Zadania :
Węzły tarcia charakteryzują się wysokimi naciskami (2500 MPa) dlatego nie ma możliwości wytworzenia klina olejowego. Występuje tarcie graniczne i zasadniczą rolę odgrywa smarność. Wymagania stawiane olejom:
Pod wpływem dużych prędkości obrotowych olej może ulegać spienieniu - zapobiega się temu poprzez specjalne dodatki. Stosujemy Hipole (liczba oznacza lepkość w cStokesach). Smary: Są to plastyczne środki smarujące (stałe lub półpłynne) w normalnej temperaturze stosujemy gdy ze względów konstrukcyjnych nie ma możliwości doprowadzenia oleju. Stosuje się smary przeciw cierne lub zabezpieczające przed korozją. Podstawowym składnikiem smarów jest olej mineralny (faza rozpraszająca i środki zagęszczające (faza rozpraszana). Jako środki zagęszczające stosuje się :
Wyróżniamy mydła:
właściwości smarów określa się na podstawie parametrów:
Temperatura kroplenia - temp. przy której ze smaru oddziela się pierwsza kropla oleju. Odporność termiczna - temp. przy której grudka smaru umieszczona w termostacie, w przeciągu określonego czasu nie wydziela oleju (< od temp. kroplenia). Konsystencja (twardość) charakteryzuje penetracja, głębokość na jaką zagłębia się stożek penetrometru w czasie 5 s. (o masie 25 g) w temp.25°C. Trwałość chemiczna - odporność na zmiany pod wpływem utleniania. Właściwości korozyjne - na podstawie skłonności smaru do korozji (czas). Smary wapniowe - maszynowe - 10-20% mydła 1-5% wody reszta olej mineralny. Duża odporność na działanie wody, dobre właściwości antykorozyjne, temperatura kroplenia 60-105°, stosowane do -30°C w łożyskach ślizgowych, tocznych, sworzniach, mechanizmach kierowniczych. Smary sodowe - brak odporności na działanie wody, wysokie temperatury kroplenia (do 200°C), stosowane w wysokich temperaturach, dużych naciskach. Smary glinowe - niewrażliwe na wilgoć temp. kroplenia 60-105°C, stosowane w mechanizmach precyzyjnych, w normalnych warunkach jako powłoki ochronne. Smary litowe - małą lepkość, odporność na utlenianie i wodę, pracują w temperaturach 60-200°C, stosowane do łożysk. Smary węglowodorowe - (wazelina jako środek zagęszczający), odporne na wodę, stosowane jako środek konserwujący. Płyny chłodnicze: Woda - dostępność, taniość, duży współczynnik przewodzenia ciepła, nietoksyczna, mała lepkość. Wady wytwarza kamień, wysoka temperatura krystalizacji. Glikol etylowy i woda - dobre własności temperatura krzepnięcia przy 0,33 wody -75°C wrzenia >100°C. Ubytek spowodowany odparowaniem wody. Płyn hamulcowy Wymagania - odpowiednia lepkość, niska temperatura krzepnięcia, wysoka temp. wrzenia, brak własności korozyjnych. Stosuje się olej rycynowy z alkoholami i dodatkami polepszającymi własności. Oleje silnikowe Zadaniem oleju silnikowego jest zmniejszenie tarcia, zastąpienie tarcia suchego płynnym lub półpłynnym. Dodatkowym zadaniami są : chłodzenie, zmywanie i usuwanie osadów, zabezpieczenie przed korozją, uszczelnianie luzów pomiędzy gładzią cylindra a tłokiem. Oleje silnikowe otrzymujemy w wyniku przeróbki ropy naftowej (mineralne) lub w sposób syntetyczny. Głównymi składnikami olejów (bazami) są: węglowodory nasycone, aromatyczne (1 i 2 pierścieniowe), parafinowe, naftenowe. W celu uzyskania oleju bazowego przeprowadza się: destylacja atmosferyczna > d. Próżniowa > rafinacja selektywna > odparafinowanie > hydrarafinacja. Coraz częściej stosowane są oleje syntetyczne. Oleje syntetyczne to:
Dodatki:
Parametry oleju:
Wysokość klina olejowego: η - lepkość dynamiczna u - prędkość obwodowa p.- nacisk h>1,5(Rz1+Rz2) R - wysokość mikronierówności Lepkość oleju zależy od temperatury (najlepiej by była stała). Lepkość kinematyczna ν=η/ρ ρ-gęstość, n - lepkość dynamiczna. Wl - liczba niemianowana określająca zależność lepkości kinematycznej od temperatury w stosunku do dwóch olejów, przyjętych za wzorcowe, których lepkości w temperaturze 100°C są takie same jek lepkość oleju badanego. Wl=
Przy badaniu oleju - mierzymy lepkość oleju w temperaturze 100°C, dobieramy oleje H i L, mierzymy lepkość oleju w temperaturze 40°C i obliczamy wskaźnik Wl. Istnieją oleje lepsze od H. W celu podwyższenia wskaźnika lepkości dodaje się związki wielkocząsteczkowe: poliizobutyle o dużej lepkości (do 2%).
|
Materiały eksploatacyjne
Paliwa - substancje, które w wyniku spalania wydzielają energię. Paliwa: - stałe ciekłe gazowe Paliwa stałe mogą być dodawane do wolnoobrotowych silników wysokoprężnych - zastosowanie minimalne Paliwa gazowe: coraz szersze zastosowanie Paliwa ciekłe - zawierają maksymalną ilość energii w jednostce objętości, charakteryzują się łatwością transportu i przechowywania, brakiem popiołu (najszersze zastosowanie). Paliwa ciekłe:
Nafta - destylacja 150 -300° C, liczba oktanowa do 50, liczba cetanowa do 35. Zastosowanie: silniki iskrowe o małych sprężach, wysokoprężne silniki wolnoobrotowe. Najszersze zastosowanie w silnikach przepływowych. Alkohole: (metylowy i etylowy), metylowy otrzymywany z gazu ziemnego, z wodą silnie korodujący, stosowany do 3% w benzynie. Etylowy (etanol) - LO 95, może być stosowany do zasilania wyłącznego lub w mieszance z benzyną (do 6%), ze względu na rozwarstwienie. Zużycie tego paliwa jest 2x wyższe od benzyny.
Paliwa węglowodorowe otrzymywane z przeróbki ropy naftowej: Ropa naftowa - mieszanina węglowodorów. Rodzaje węglowodorów w ropie
Węglowodory parafinowe są pożądanym składnikiem olei napędowych. Parafinowe izomeryczne - pożądane w paliwach do silników iskrowych. Olefinowe powstają w wyniku rafinacji ropy naftowej. Naftenowe - cykloparafiny, budowa pierścieniowa, mogą stanowić pożądany składnik benzyn. Aromatyczne (budowa pierścieniowa ), posiadają największą liczbę oktanową, są jednak toksyczne. Paliwa te otrzymujemy w wyniku destylacji ropy naftowej.
Benzyny 30 - 215°C Nafta 150 - 300°C Olej napędowy 180 - 380 °C Mazut Asfalty Zwiększenie ilości frakcji lekkich polega na krakowaniu. W wyniku podgrzewania węglowodory ciężkie rozpadają się na lekkie. Oczyszczanie to reforming.
Paliwa do silników o zapłonie iskrowym: Benzyny:
Wymagania: Łatwość wykonania mieszanki, duża liczba oktanowa, nie powinna tworzyć osadów (skład frakcyjny), nie powinna zmieniać własności w trakcie przechowywania, nie powinno być czynnikiem korodującym, nie powinno krystalizować w niskich temperaturach, nie powinno zawierać wody. Gęstość paliwa - gęstsze paliwo trudniej odparowuje, zależna od temperatury. Lepkość paliwa - opór występujący przy przesuwaniu względem siebie dwu nieskończenie siebie blisko leżących warstewek płynu. Prężność par paliwa nazywamy maksymalne ciśnienie jego fazy gazowej będącej w równowadze z fazą ciekłą w określonej temperaturze (benzyny 37,8°C). Prężność par: -letnie 40-80kPa, zimowe 30-70 kPa. Wartość opałowa paliwa: ilość ciepła powstała przy zupełnym i całkowitym spaleniu jednostki paliwa, przy założeniu że produkty spalania zostały ochłodzone do temp. substratów bez ciepła skraplania. Zależy od rodzaju węglowodorów. Benzyny - 43000 - 44000 kJ/Kg Olej napędowy 42300 - 43100 kJ/kG metanol 19500 etanol 27000 LPG 46000 Okres indukcyjny charakteryzuje paliwo pod względem trwałości - jest to przebieg czasu w którym paliwo poddane działaniu tlenu w temperaturze 100°C nie ulega jeszcze utlenieniu - powinien być nie krótszy od 450 min. Temperatura zapłonu - najniższa temperatura przy której pary badanego paliwa zapalają się przy zbliżeniu otwartego płomienia. T zapł. benzyn -10°C Temperatura ta ma wpływ jedynie na bezpieczeństwo. Temperatura krystalizacji - nazywamy taką temperaturę przy której z paliwa zaczynają się wydzielać kryształki paliwa widoczne gołym okiem (najwyższa węglowodory parafinowe) Ciepło parowania - benzyna 315 - 350 kJ/kG , alkohole ok. 1000 kJ/kG Wysokie ciepło parowania powoduje lepsze napełnianie cylndra. Liczba oktanowa paliwa jest miarą odporności paliwa na spalanie stukowe. Im wyższa LO tym paliwo jest bardziej odporne na spalanie stukowe. Czteroetylek ołowiu: Pb(C2H5)4 w stanie czystym jest cieczą bezbarwną, oleistą o przyjemnym zapachu i silnych właściwościach trujących. Dodaje się w płynie etylowym.
Alternatywne paliwa do zasilania silników o zapłonie iskrowym. Najczęściej stosujemy paliwa gazowe: gaz ziemny, świetlny, koksowniczy, wodno-czadowy, fermentacyjny, wodór, LPG. Gaz ziemny - główny składnik to metyn CH4 (do 90%) - nasycony wodą. Gaz świetlny - koksowniczy - wodno-czadowy - otrzymujemy w wyniku suchej destylacji paliw stałych (węgla, drewna, łupki bitumitu) Gaz fermentacyjny - otrzymywany w wyniku fermentacji odpadów komunalnych. Wodór - najczystsze paliwo - otrzymujemy z gazu ziemnego, ropy, w wyniku elektrolizy wodnych roztworów kwasów i zasad. Wodór posiada najwyższą LO, jest jednak bardzo niebezpieczny, ze względu na szerokie granice zapłonu. Występują także problemy z magazynowaniem. Gaz płynny LPG - mieszanina propanu i butanu (nbutan i izobutan). Przy normalnych warunkach występuje w stanie gazowym. Jednak przy ciśnieniu 0,8 MPa przechodzi w stan ciekły. Gaz ziemny przechowujemy w stanie gazowym o ciśnieniu 200 atm (20 MPa). Liczby oktanowe poszczególnych paliw: metan - 110 propan - 111 izobutan - 104 LPG - 103 benzyna - 98 n-butan - 94 Wpływ paliw na sprawność silnika: - można poprawić dzięki zwiększeniu kąta wyprzedzenia zapłonu (nieznacznie sprawność mechaniczna - spadnie w wyniku zmniejszenia mocy maksymalnej). Sprawność procesu spalania jest znacznie większa przy zasilaniu gazem, dzięki zmniejszeniu różnicy pomiędzy λ dynamicznym a λ ekonomicznym. Ekologia dla LPG - zawartość węglowodorów maleje NOX rosną (w przypadku pracy bez katalizatora). Wpływ na własności eksploatacyjne: - w przypadku starszych silników możliwe jest wypalanie gniazd zaworowych, polepsza smarowanie TPC , możliwe zwiększenie szybkości tłumików. Wymagania stawiane paliwom z zapłonem samoczynnym: Wymagania dotyczące tworzenia mieszanki: - łatwość rozpylania i parowania (decyduje lepkość i skład frakcyjny) - łatwość samozapłonu - określa liczba cetanowa - brak osadów w komorze spalania -brak wpływu na korozję (mała zawartość siarki) Olej napędowy otrzymujemy z ropy w procesie destylacji w temp. 180-380°C. Parametry opisujące własności oleju napędowego:
Lepkość oleju - znacznie wyższa od l. Benzyny. Lepkość ma wpływ na:
Granica lepkości ON to1,5° Englera (1,5 x lepkość wody) Temperatury charakterystyczne: Temperaturą mętnienia nazywamy taką T. Przy której wydzielają się kryształki węglowodorów nie widoczne gołym okiem. Temperatura zablokowania zimnego filtra to taka najwyższa T. Przy której paliwo znajdujące się pod niewielką próżnią nie daje się przetłoczyć, tzn. że czas przetłoczenia 20 cm3 jest dłuższy od 60 s. Temperatura krzepnięcia to taka najwyższa temperatura przy której po nachyleniu probówki z badanym paliwem o kąt 45° położenie jego menisku nie zmieni się w czasie 1 min. Temperatury te zależą od składu oleju napędowego. Najwyższe t. krzepnięcia mają węglowodory parafinowe. Jednak wyeliminowanie ich prowadzi do znacznego wzrostu temperatury samozapłonu. Temperatury obniża się trzema metodami:
Zawartość siarki powoduje korozję elementów silnika. Ropa naftowa jest zasiarczona, a temp. wrzenia siarki to 270 °C więc w granicach temperatur destylacji ON. Liczba cetanowa - zdolność do samozapłonu, wyraża liczbowo procentową zawartość cetanu C16H34 w paliwie wzorcowym, które ma taką samą zdolność do samozapłonu jak paliwo badane. Drugim składnikiem paliwa wzorcowego jest alfametylonaftalen. Luczbę cetanową badamy na silniku badawczym (z możliwością zmiany stopnia sprężania). Silnik badawczy wyposażony jest we wskaźnik wtrysku paliwa i wskaźnik samozapłonu. Optymalna liczba cetanowa to 40-70. W Polsce (ze względu na warunki klimatyczne LC bliżej 40). Paliwa do silników z zapłonem samoczynnym dostępne w Polsce to ON lekki: - olej letni DL, olej przejściowy DP, olej zimowy DZ. Temperatura zablokowania zimnego filtra dla poszczególnych olei to: 0° C dla DL, -12° dla DP -20°dla DZ. Temperatura zapłonu nie niższa niż 45°C, zawartość siarki <0,3 %, gęstość 0,810-0,870 kg/dm3. Przechowywanie paliw; W celu zwiększenia okresu indukcyjnego do paliwa dodaje się stabilizatory (destylatory smoły drzewnej). Na okres indukcyjny wpływa:
Katalizatory to miedź, ołów, i stopy tych metali. Najmniejszy wpływ na utlenianie posiada żeliwo i ewentualnie stal. Produkty procesu starzenia (żywice) mają katalityczny wpływ na proces starzenia. Usuwamy je gorącą parą wodną. Trujące własności paliw. Wszystkie paliwa silnikowe są trujące. Maksymalne dopuszczalne stężenia par paliwa wynosi 0,3 mg/m3 . Oleje przekładniowe stosowane są w przekładniach pojazdów samochodowych. Zadania :
Węzły tarcia charakteryzują się wysokimi naciskami (2500 MPa) dlatego nie ma możliwości wytworzenia klina olejowego. Występuje tarcie graniczne i zasadniczą rolę odgrywa smarność. Wymagania stawiane olejom:
Pod wpływem dużych prędkości obrotowych olej może ulegać spienieniu - zapobiega się temu poprzez specjalne dodatki. Stosujemy Hipole (liczba oznacza lepkość w cStokesach). Smary: Są to plastyczne środki smarujące (stałe lub półpłynne) w normalnej temperaturze stosujemy gdy ze względów konstrukcyjnych nie ma możliwości doprowadzenia oleju. Stosuje się smary przeciw cierne lub zabezpieczające przed korozją. Podstawowym składnikiem smarów jest olej mineralny (faza rozpraszająca i środki zagęszczające (faza rozpraszana). Jako środki zagęszczające stosuje się :
Wyróżniamy mydła:
właściwości smarów określa się na podstawie parametrów:
Temperatura kroplenia - temp. przy której ze smaru oddziela się pierwsza kropla oleju. Odporność termiczna - temp. przy której grudka smaru umieszczona w termostacie, w przeciągu określonego czasu nie wydziela oleju (< od temp. kroplenia). Konsystencja (twardość) charakteryzuje penetracja, głębokość na jaką zagłębia się stożek penetrometru w czasie 5 s. (o masie 25 g) w temp.25°C. Trwałość chemiczna - odporność na zmiany pod wpływem utleniania. Właściwości korozyjne - na podstawie skłonności smaru do korozji (czas). Smary wapniowe - maszynowe - 10-20% mydła 1-5% wody reszta olej mineralny. Duża odporność na działanie wody, dobre właściwości antykorozyjne, temperatura kroplenia 60-105°, stosowane do -30°C w łożyskach ślizgowych, tocznych, sworzniach, mechanizmach kierowniczych. Smary sodowe - brak odporności na działanie wody, wysokie temperatury kroplenia (do 200°C), stosowane w wysokich temperaturach, dużych naciskach. Smary glinowe - niewrażliwe na wilgoć temp. kroplenia 60-105°C, stosowane w mechanizmach precyzyjnych, w normalnych warunkach jako powłoki ochronne. Smary litowe - małą lepkość, odporność na utlenianie i wodę, pracują w temperaturach 60-200°C, stosowane do łożysk. Smary węglowodorowe - (wazelina jako środek zagęszczający), odporne na wodę, stosowane jako środek konserwujący. Płyny chłodnicze: Woda - dostępność, taniość, duży współczynnik przewodzenia ciepła, nietoksyczna, mała lepkość. Wady wytwarza kamień, wysoka temperatura krystalizacji. Glikol etylowy i woda - dobre własności temperatura krzepnięcia przy 0,33 wody -75°C wrzenia >100°C. Ubytek spowodowany odparowaniem wody. Płyn hamulcowy Wymagania - odpowiednia lepkość, niska temperatura krzepnięcia, wysoka temp. wrzenia, brak własności korozyjnych. Stosuje się olej rycynowy z alkoholami i dodatkami polepszającymi własności. Oleje silnikowe Zadaniem oleju silnikowego jest zmniejszenie tarcia, zastąpienie tarcia suchego płynnym lub półpłynnym. Dodatkowym zadaniami są : chłodzenie, zmywanie i usuwanie osadów, zabezpieczenie przed korozją, uszczelnianie luzów pomiędzy gładzią cylindra a tłokiem. Oleje silnikowe otrzymujemy w wyniku przeróbki ropy naftowej (mineralne) lub w sposób syntetyczny. Głównymi składnikami olejów (bazami) są: węglowodory nasycone, aromatyczne (1 i 2 pierścieniowe), parafinowe, naftenowe. W celu uzyskania oleju bazowego przeprowadza się: destylacja atmosferyczna > d. Próżniowa > rafinacja selektywna > odparafinowanie > hydrarafinacja. Coraz częściej stosowane są oleje syntetyczne. Oleje syntetyczne to:
Dodatki:
Parametry oleju:
Wysokość klina olejowego: η - lepkość dynamiczna u - prędkość obwodowa p.- nacisk h>1,5(Rz1+Rz2) R - wysokość mikronierówności Lepkość oleju zależy od temperatury (najlepiej by była stała).
Lepkość kinematyczna ν=η/ρ ρ-gęstość, n - lepkość dynamiczna. Wl - liczba niemianowana określająca zależność lepkości kinematycznej od temperatury w stosunku do dwóch olejów, przyjętych za wzorcowe, których lepkości w temperaturze 100°C są takie same jek lepkość oleju badanego. Wl=
Przy badaniu oleju - mierzymy lepkość oleju w temperaturze 100°C, dobieramy oleje H i L, mierzymy lepkość oleju w temperaturze 40°C i obliczamy wskaźnik Wl. Istnieją oleje lepsze od H. W celu podwyższenia wskaźnika lepkości dodaje się związki wielkocząsteczkowe: poliizobutyle o dużej lepkości (do 2%).
|
Materiały eksploatacyjne
Paliwa - substancje, które w wyniku spalania wydzielają energię. Paliwa: - stałe ciekłe gazowe Paliwa stałe mogą być dodawane do wolnoobrotowych silników wysokoprężnych - zastosowanie minimalne Paliwa gazowe: coraz szersze zastosowanie Paliwa ciekłe - zawierają maksymalną ilość energii w jednostce objętości, charakteryzują się łatwością transportu i przechowywania, brakiem popiołu (najszersze zastosowanie). Paliwa ciekłe:
Nafta - destylacja 150 -300° C, liczba oktanowa do 50, liczba cetanowa do 35. Zastosowanie: silniki iskrowe o małych sprężach, wysokoprężne silniki wolnoobrotowe. Najszersze zastosowanie w silnikach przepływowych. Alkohole: (metylowy i etylowy), metylowy otrzymywany z gazu ziemnego, z wodą silnie korodujący, stosowany do 3% w benzynie. Etylowy (etanol) - LO 95, może być stosowany do zasilania wyłącznego lub w mieszance z benzyną (do 6%), ze względu na rozwarstwienie. Zużycie tego paliwa jest 2x wyższe od benzyny.
Paliwa węglowodorowe otrzymywane z przeróbki ropy naftowej: Ropa naftowa - mieszanina węglowodorów. Rodzaje węglowodorów w ropie
Węglowodory parafinowe są pożądanym składnikiem olei napędowych. Parafinowe izomeryczne - pożądane w paliwach do silników iskrowych. Olefinowe powstają w wyniku rafinacji ropy naftowej. Naftenowe - cykloparafiny, budowa pierścieniowa, mogą stanowić pożądany składnik benzyn. Aromatyczne (budowa pierścieniowa ), posiadają największą liczbę oktanową, są jednak toksyczne. Paliwa te otrzymujemy w wyniku destylacji ropy naftowej.
Benzyny 30 - 215°C Nafta 150 - 300°C Olej napędowy 180 - 380 °C Mazut Asfalty Zwiększenie ilości frakcji lekkich polega na krakowaniu. W wyniku podgrzewania węglowodory ciężkie rozpadają się na lekkie. Oczyszczanie to reforming.
Paliwa do silników o zapłonie iskrowym: Benzyny:
Wymagania: Łatwość wykonania mieszanki, duża liczba oktanowa, nie powinna tworzyć osadów (skład frakcyjny), nie powinna zmieniać własności w trakcie przechowywania, nie powinno być czynnikiem korodującym, nie powinno krystalizować w niskich temperaturach, nie powinno zawierać wody. Gęstość paliwa - gęstsze paliwo trudniej odparowuje, zależna od temperatury. Lepkość paliwa - opór występujący przy przesuwaniu względem siebie dwu nieskończenie siebie blisko leżących warstewek płynu. Prężność par paliwa nazywamy maksymalne ciśnienie jego fazy gazowej będącej w równowadze z fazą ciekłą w określonej temperaturze (benzyny 37,8°C). Prężność par: -letnie 40-80kPa, zimowe 30-70 kPa. Wartość opałowa paliwa: ilość ciepła powstała przy zupełnym i całkowitym spaleniu jednostki paliwa, przy założeniu że produkty spalania zostały ochłodzone do temp. substratów bez ciepła skraplania. Zależy od rodzaju węglowodorów. Benzyny - 43000 - 44000 kJ/Kg Olej napędowy 42300 - 43100 kJ/kG metanol 19500 etanol 27000 LPG 46000 Okres indukcyjny charakteryzuje paliwo pod względem trwałości - jest to przebieg czasu w którym paliwo poddane działaniu tlenu w temperaturze 100°C nie ulega jeszcze utlenieniu - powinien być nie krótszy od 450 min. Temperatura zapłonu - najniższa temperatura przy której pary badanego paliwa zapalają się przy zbliżeniu otwartego płomienia. T zapł. benzyn -10°C Temperatura ta ma wpływ jedynie na bezpieczeństwo. Temperatura krystalizacji - nazywamy taką temperaturę przy której z paliwa zaczynają się wydzielać kryształki paliwa widoczne gołym okiem (najwyższa węglowodory parafinowe) Ciepło parowania - benzyna 315 - 350 kJ/kG , alkohole ok. 1000 kJ/kG Wysokie ciepło parowania powoduje lepsze napełnianie cylndra. Liczba oktanowa paliwa jest miarą odporności paliwa na spalanie stukowe. Im wyższa LO tym paliwo jest bardziej odporne na spalanie stukowe. Czteroetylek ołowiu: Pb(C2H5)4 w stanie czystym jest cieczą bezbarwną, oleistą o przyjemnym zapachu i silnych właściwościach trujących. Dodaje się w płynie etylowym.
Alternatywne paliwa do zasilania silników o zapłonie iskrowym. Najczęściej stosujemy paliwa gazowe: gaz ziemny, świetlny, koksowniczy, wodno-czadowy, fermentacyjny, wodór, LPG. Gaz ziemny - główny składnik to metyn CH4 (do 90%) - nasycony wodą. Gaz świetlny - koksowniczy - wodno-czadowy - otrzymujemy w wyniku suchej destylacji paliw stałych (węgla, drewna, łupki bitumitu) Gaz fermentacyjny - otrzymywany w wyniku fermentacji odpadów komunalnych. Wodór - najczystsze paliwo - otrzymujemy z gazu ziemnego, ropy, w wyniku elektrolizy wodnych roztworów kwasów i zasad. Wodór posiada najwyższą LO, jest jednak bardzo niebezpieczny, ze względu na szerokie granice zapłonu. Występują także problemy z magazynowaniem. Gaz płynny LPG - mieszanina propanu i butanu (nbutan i izobutan). Przy normalnych warunkach występuje w stanie gazowym. Jednak przy ciśnieniu 0,8 MPa przechodzi w stan ciekły. Gaz ziemny przechowujemy w stanie gazowym o ciśnieniu 200 atm (20 MPa). Liczby oktanowe poszczególnych paliw: metan - 110 propan - 111 izobutan - 104 LPG - 103 benzyna - 98 n-butan - 94 Wpływ paliw na sprawność silnika: - można poprawić dzięki zwiększeniu kąta wyprzedzenia zapłonu (nieznacznie sprawność mechaniczna - spadnie w wyniku zmniejszenia mocy maksymalnej). Sprawność procesu spalania jest znacznie większa przy zasilaniu gazem, dzięki zmniejszeniu różnicy pomiędzy λ dynamicznym a λ ekonomicznym. Ekologia dla LPG - zawartość węglowodorów maleje NOX rosną (w przypadku pracy bez katalizatora). Wpływ na własności eksploatacyjne: - w przypadku starszych silników możliwe jest wypalanie gniazd zaworowych, polepsza smarowanie TPC , możliwe zwiększenie szybkości tłumików. Wymagania stawiane paliwom z zapłonem samoczynnym: Wymagania dotyczące tworzenia mieszanki: - łatwość rozpylania i parowania (decyduje lepkość i skład frakcyjny) - łatwość samozapłonu - określa liczba cetanowa - brak osadów w komorze spalania -brak wpływu na korozję (mała zawartość siarki) Olej napędowy otrzymujemy z ropy w procesie destylacji w temp. 180-380°C. Parametry opisujące własności oleju napędowego:
Lepkość oleju - znacznie wyższa od l. Benzyny. Lepkość ma wpływ na:
Granica lepkości ON to1,5° Englera (1,5 x lepkość wody) Temperatury charakterystyczne: Temperaturą mętnienia nazywamy taką T. Przy której wydzielają się kryształki węglowodorów nie widoczne gołym okiem. Temperatura zablokowania zimnego filtra to taka najwyższa T. Przy której paliwo znajdujące się pod niewielką próżnią nie daje się przetłoczyć, tzn. że czas przetłoczenia 20 cm3 jest dłuższy od 60 s. Temperatura krzepnięcia to taka najwyższa temperatura przy której po nachyleniu probówki z badanym paliwem o kąt 45° położenie jego menisku nie zmieni się w czasie 1 min. Temperatury te zależą od składu oleju napędowego. Najwyższe t. krzepnięcia mają węglowodory parafinowe. Jednak wyeliminowanie ich prowadzi do znacznego wzrostu temperatury samozapłonu. Temperatury obniża się trzema metodami:
Zawartość siarki powoduje korozję elementów silnika. Ropa naftowa jest zasiarczona, a temp. wrzenia siarki to 270 °C więc w granicach temperatur destylacji ON. Liczba cetanowa - zdolność do samozapłonu, wyraża liczbowo procentową zawartość cetanu C16H34 w paliwie wzorcowym, które ma taką samą zdolność do samozapłonu jak paliwo badane. Drugim składnikiem paliwa wzorcowego jest alfametylonaftalen. Luczbę cetanową badamy na silniku badawczym (z możliwością zmiany stopnia sprężania). Silnik badawczy wyposażony jest we wskaźnik wtrysku paliwa i wskaźnik samozapłonu. Optymalna liczba cetanowa to 40-70. W Polsce (ze względu na warunki klimatyczne LC bliżej 40). Paliwa do silników z zapłonem samoczynnym dostępne w Polsce to ON lekki: - olej letni DL, olej przejściowy DP, olej zimowy DZ. Temperatura zablokowania zimnego filtra dla poszczególnych olei to: 0° C dla DL, -12° dla DP -20°dla DZ. Temperatura zapłonu nie niższa niż 45°C, zawartość siarki <0,3 %, gęstość 0,810-0,870 kg/dm3. Przechowywanie paliw; W celu zwiększenia okresu indukcyjnego do paliwa dodaje się stabilizatory (destylatory smoły drzewnej). Na okres indukcyjny wpływa:
Katalizatory to miedź, ołów, i stopy tych metali. Najmniejszy wpływ na utlenianie posiada żeliwo i ewentualnie stal. Produkty procesu starzenia (żywice) mają katalityczny wpływ na proces starzenia. Usuwamy je gorącą parą wodną. Trujące własności paliw. Wszystkie paliwa silnikowe są trujące. Maksymalne dopuszczalne stężenia par paliwa wynosi 0,3 mg/m3 . Oleje przekładniowe stosowane są w przekładniach pojazdów samochodowych. Zadania :
Węzły tarcia charakteryzują się wysokimi naciskami (2500 MPa) dlatego nie ma możliwości wytworzenia klina olejowego. Występuje tarcie graniczne i zasadniczą rolę odgrywa smarność. Wymagania stawiane olejom:
Pod wpływem dużych prędkości obrotowych olej może ulegać spienieniu - zapobiega się temu poprzez specjalne dodatki. Stosujemy Hipole (liczba oznacza lepkość w cStokesach). Smary: Są to plastyczne środki smarujące (stałe lub półpłynne) w normalnej temperaturze stosujemy gdy ze względów konstrukcyjnych nie ma możliwości doprowadzenia oleju. Stosuje się smary przeciw cierne lub zabezpieczające przed korozją. Podstawowym składnikiem smarów jest olej mineralny (faza rozpraszająca i środki zagęszczające (faza rozpraszana). Jako środki zagęszczające stosuje się :
Wyróżniamy mydła:
właściwości smarów określa się na podstawie parametrów:
Temperatura kroplenia - temp. przy której ze smaru oddziela się pierwsza kropla oleju. Odporność termiczna - temp. przy której grudka smaru umieszczona w termostacie, w przeciągu określonego czasu nie wydziela oleju (< od temp. kroplenia). Konsystencja (twardość) charakteryzuje penetracja, głębokość na jaką zagłębia się stożek penetrometru w czasie 5 s. (o masie 25 g) w temp.25°C. Trwałość chemiczna - odporność na zmiany pod wpływem utleniania. Właściwości korozyjne - na podstawie skłonności smaru do korozji (czas). Smary wapniowe - maszynowe - 10-20% mydła 1-5% wody reszta olej mineralny. Duża odporność na działanie wody, dobre właściwości antykorozyjne, temperatura kroplenia 60-105°, stosowane do -30°C w łożyskach ślizgowych, tocznych, sworzniach, mechanizmach kierowniczych. Smary sodowe - brak odporności na działanie wody, wysokie temperatury kroplenia (do 200°C), stosowane w wysokich temperaturach, dużych naciskach. Smary glinowe - niewrażliwe na wilgoć temp. kroplenia 60-105°C, stosowane w mechanizmach precyzyjnych, w normalnych warunkach jako powłoki ochronne. Smary litowe - małą lepkość, odporność na utlenianie i wodę, pracują w temperaturach 60-200°C, stosowane do łożysk. Smary węglowodorowe - (wazelina jako środek zagęszczający), odporne na wodę, stosowane jako środek konserwujący. Płyny chłodnicze: Woda - dostępność, taniość, duży współczynnik przewodzenia ciepła, nietoksyczna, mała lepkość. Wady wytwarza kamień, wysoka temperatura krystalizacji. Glikol etylowy i woda - dobre własności temperatura krzepnięcia przy 0,33 wody -75°C wrzenia >100°C. Ubytek spowodowany odparowaniem wody. Płyn hamulcowy Wymagania - odpowiednia lepkość, niska temperatura krzepnięcia, wysoka temp. wrzenia, brak własności korozyjnych. Stosuje się olej rycynowy z alkoholami i dodatkami polepszającymi własności. Oleje silnikowe Zadaniem oleju silnikowego jest zmniejszenie tarcia, zastąpienie tarcia suchego płynnym lub półpłynnym. Dodatkowym zadaniami są : chłodzenie, zmywanie i usuwanie osadów, zabezpieczenie przed korozją, uszczelnianie luzów pomiędzy gładzią cylindra a tłokiem. Oleje silnikowe otrzymujemy w wyniku przeróbki ropy naftowej (mineralne) lub w sposób syntetyczny. Głównymi składnikami olejów (bazami) są: węglowodory nasycone, aromatyczne (1 i 2 pierścieniowe), parafinowe, naftenowe. W celu uzyskania oleju bazowego przeprowadza się: destylacja atmosferyczna > d. Próżniowa > rafinacja selektywna > odparafinowanie > hydrarafinacja. Coraz częściej stosowane są oleje syntetyczne. Oleje syntetyczne to:
Dodatki:
Parametry oleju:
Wysokość klina olejowego: η - lepkość dynamiczna u - prędkość obwodowa p.- nacisk h>1,5(Rz1+Rz2) R - wysokość mikronierówności Lepkość oleju zależy od temperatury (najlepiej by była stała).
Lepkość kinematyczna ν=η/ρ ρ-gęstość, n - lepkość dynamiczna. Wl - liczba niemianowana określająca zależność lepkości kinematycznej od temperatury w stosunku do dwóch olejów, przyjętych za wzorcowe, których lepkości w temperaturze 100°C są takie same jek lepkość oleju badanego. Wl=
Przy badaniu oleju - mierzymy lepkość oleju w temperaturze 100°C, dobieramy oleje H i L, mierzymy lepkość oleju w temperaturze 40°C i obliczamy wskaźnik Wl. Istnieją oleje lepsze od H. W celu podwyższenia wskaźnika lepkości dodaje się związki wielkocząsteczkowe: poliizobutyle o dużej lepkości (do 2%).
|