Способ дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях



Способ дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях
Способ дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях
Способ дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях
Способ дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях
Способ дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях

 


Владельцы патента RU 2577293:

Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации" (RU)

Изобретение относится к исследованию жидких углеводородных топлив и может быть использовано при разработке новых и оценке существующих топлив. Способ включает определение цетанового индекса (ЦИ) по номограмме жидких углеводородных топлив с использованием шкал плотности при 20°С, температуры выкипания 50% об. и кинематической вязкости при 50°С и дополнительное измерение кинематической вязкости при 50°С для остаточного топлива, дизельного и утяжеленного дизельного топлив; температуры выкипания 50% об. - бензина, реактивного топлива, дизельного и утяжеленного дизельного топлив, расчет оптимального цетанового индекса (ЦИо) анализируемого топлива по полученным экспериментально математическим зависимостям от температуры выкипания 50% об., от кинематической вязкости при 50°С или от среднеарифметического значения по обоим этим показателям на совмещенном участке температуры выкипания 50% об. и кинематической вязкости при 50°С, определение разности ЦИ и ЦИо, а по его величине - дифференциацию жидких углеводородных топлив (от бензина до остаточного) по эффективности их сгорания в дизельных двигателях. Достигается повышение достоверности дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях. 1 з.п. ф-лы, 6 пр., 2 табл., 3 ил.

 

Изобретение относится к области исследования жидких углеводородных топлив, преимущественно их дифференциации по эффективности сгорания в дизельных двигателях, и может быть использовано при разработке новых и оценке существующих топлив.

Эффективность сгорания топлив в дизельных двигателях оценивается такими свойствами, как способность к самовоспламенению после впрыска топлива в цилиндр двигателя; предотвращение стуков («жесткой работы») двигателя, приводящих к повышенным износам деталей и, соответственно, снижению его моторесурса; удельным расходом топлива и дымностью отработавших газов, т.е. топливной экономичностью двигателя и его экологическими характеристиками (1 - Моторные топлива, масла и жидкости. Том 1/Под редакцией К.К. Папок и Е.Г. Семенидо. - М.-Л.: Гостоптехиздат.- 1953. - С. 124, 127-128, 282, 283, 287, 288). Отмечается, что эти свойства зависят от таких показателей качества топлива, как фракционный состав, плотность, вязкость и цетаное число (1 - с. 292). Однако количественной взаимосвязи этих показателей с эффективностью сгорания топлива в дизельном двигателе не установлено.

В настоящее время для характеристики топлив, не содержащих цетаноповышающих добавок, т.е. подавляющего количества всех топлив, все чаще, наряду с использованием показателя «цетановое число (ЦЧ) », используется показатель «цетановый индекс (ЦИ)», получаемый расчетным путем и являющийся несравненно более доступным для широкой массы эксплуатационщиков дизельных двигателей. Этот показатель (в отличие от показателя «ЦЧ») не требует использования моторной установки, эталонного топлива и высокой квалификации обслуживающего персонала. Кроме того, как показывает статистика, точность определения ЦЧ является относительно низкой (±4 ед.), а для топлив, содержащих фракции с температурой выкипания выше 360°С, еще более низкой (2 - ВИНИТИ. - Поршневые и газотурбинные двигатели. Экспресс-информация. - 1989. - №26. - С. 15-22). Показатель ЦИ является более точным, поскольку свободен от этих недостатков.

Перед авторами стояла задача разработать способ на основе использования совокупности известных показателей: плотности, фракционного состава, вязкости, ЦИ и др., по которой без проведения моторных испытаний возможна дифференциация жидких углеводородных топлив (бензинов по ГОСТ 32513 и ГОСТ 1012, реактивных по ГОСТ 10227, дизельных по ГОСТ 305 и ГОСТ 32511, утяжеленных дизельных по ГОСТ 32510 и ТУ 38.401327-81 и остаточных по ГОСТ 32510 и ГОСТ 10585), по эффективности их сгорания в малооборотных, среднеоборотных, высокооборотных, повышенной оборотности (3 - Возницкий И.В., Чернявская А.Г. и Михеев Е.Г. Судовые двигатели внутреннего сгорания. М.: Транспорт. - 1979. - C. 10-20) и высокооборотных многотопливных дизельных двигателях (4 - Морозов Г.А. Применение топлив и масел в дизелях. - М.: Недра. - 1964. - C. 106-110) как «высокоэффективных», «среднеэффективных» и «низкоэффективных».

Указанная градация топлив является условной и принята авторами на основе анализа результатов испытаний топлив в дизельных двигателях (5 - Серегин Е.П., Бугай В.Т., Российский В.М. Влияние состава топлива на его сгорание в быстроходных дизелях. М.:Химия и технология топлив и масел. - 1978. - №4. - C. 22).

Высокоэффективные топлива обеспечивают минимальные удельный расход топлив и дымность отработавших газов (ОГ) в конкретном двигателе, работавшем с допустимой жесткостью. В одноцилиндровой установке двигателя ЯМЗ-236 они составляли соответственно минимальный индикаторный удельный расход (qi) 144 г на индикаторную лошадиную силу в час (144 г/и.л.с.ч) и минимальную дымность (Д) отработавших газов 0,5 г сажи в 1 м3 (0,5 г/м3).

Среднеэффективные топлива имеют большие значения указанных показателей (qi - до 1,4% мас. и Д - до 46% маc).

Низкоэффективные топлива имеют существенно большие значения указанных показателей (gi - до 3,4% мас. и Д - до 83% мас.) (5 -Серегин Е.П., Бугай В.Т., Российский В.М. Влияние состава топлива на его сгорание в быстроходных дизелях. - М. - Химия и технология топлив и масел. - 1978. - №4. - C. 22). Кроме того, как показывает наш опыт, низкоэффективные топлива приводят к снижению мощности и частым авариям двигателей до истечения их моторесурса.

При просмотре патентной и научно-технической информации был выявлен способ (аналог) оценки эффективности сгорания в дизельных двигателях дизельных топлив по ГОСТ 4749. Эффективность сгорания топлива оценивали по удельному расходу топлива и дымности ОГ при допустимой для данного двигателя «жесткости» работы, оцениваемой средней скоростью нарастания давления в цилиндре (6 - Малявинский Л.В., Российский В.М. Исследование влияния цетанового числа дизельных топлив на показатели работы двигателя. - М. - Химия и технология топлив и масел. - 1976. - №2 - C. 45-46).

В соответствии с этим способом снижение ЦИ с 51 ед. (образец топлива ДС) до 45 ед. (образец топлива ДЛ) привело к уменьшению удельного расхода топлива на 2,8% мас. и дымности ОГ на 12% в единицах дымомера Хартриджа или на 30% мас. в г сажи на 1 м3 (6 - с. 46). При этом «жесткость» работы двигателя ЯМ3-236 не превышала нормы - средней скорости нарастания давления в цилиндре до 3,2 кг/см2 °ПКВ. Для других типов двигателей эта норма может быть другой.

Существенным недостатком этого способа является невозможность дифференциации топлив, значительно отличающихся от испытанных по фракционному составу. Так, опытный образец топлива с температурой выкипания 50% об., составляющей 314°С, т.е. большей (не менее чем на 8,3% в °С), чем у топлива ДЛ, при одном и том же ЦЧ (45 ед.), отличается большим (на 2,1% мас.) удельным расходом (5 - с. 22, 6-е. 46).

Указанный способ-аналог констатирует тот факт, что одним из показателей, характеризующих эффективность сгорания топлива, является ЦИ топлива.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и взятым за прототип является способ определения ЦИ жидких углеводородных топлив по плотности, температуре выкипания 50% об. и кинематической вязкости при 50°С, реализуемый с использованием планшета, на котором нанесены шкалы: плотности топлив при 20°С в диапазоне от 700 кг/м3 до 1020 кг/м3, цетанового индекса в диапазоне от 0 ед. до 70 ед. кинематической вязкости при 50°С в диапазоне от 2 мм2/с до 1000 мм2/с и температуры выкипания 50% об. топлива в диапазоне от 90°С до 310°С (патент №137883, G09B 29/00).

Недостатком способа является невозможность дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях, поскольку при одном и том же ЦИ, но разном фракционном составе, эффективность сгорания разная. Так, при ЦИ, равном 55 ед., различия по удельному расходу и дымности ОГ составляют соответственно 1,4% и 25% (5-с. 22).

Технический результат изобретения - повышение достоверности дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях, включающем определение по номограмме цетанового индекса по шкале в диапазоне от 0 ед. до 70 ед. по плотности при 20°С по шкале - в диапазоне от 700 кг/м3 до 1020 кг/м3, температуре выкипания 50% об. по шкале в диапазоне от 90°С до 310°С, кинематической вязкости при 50°С по шкале в диапазоне до 1000 мм2/с, совмещенной на ограниченном участке со шкалой температуры выкипания 50% об., согласно изобретению дополнительно для анализируемого топлива замеряют кинематическую вязкость при 50°С - остаточного топлива, дизельного и утяжеленного дизельного топлив; температуру выкипания 50% об. - бензина, реактивного топлива, дизельного и утяжеленного дизельного топлив, после чего рассчитывают значения оптимального цетанового индекса:

- бензинов, реактивных топлив, дизельных и утяжеленных дизельных топлив по зависимости

при этом для дизельных и утяжеленных дизельных топлив только при температуре выкипания 50% об. меньше 225°С, - остаточных топлив по зависимости

- дизельных и утяжеленных дизельных топлив при температуре выкипания 50% об., равной или больше 225°С по среднеарифметическому значению по обеим зависимостям,

где ЦИо - оптимальный цетановый индекс анализируемого топлива, ед.;

K1=184 - экспериментально полученная постоянная, ед.;

К2=20,88- (°С)-1 - экспериментально полученный коэффициент;

t50 - температура выкипания 50% об. анализируемого топлива, °С; К3=34,9 - экспериментально полученная постоянная, ед.;

и - экспериментально полученные коэффициенты;

ν50 - кинематическая вязкость анализируемого топлива при 50°С, мм2/с,

а дифференциацию анализируемого топлива по эффективности сгорания в дизельных двигателях оценивают по величине разности Δ между цетановым индексом по номограмме и оптимальным цетановым индексом, рассчитанным по приведенным зависимостям, и относят анализируемое топливо к при:

0≤Δ≤5 - высокоэффективному,

5≤Δ≤10 - среднеэффективному,

0>Δ>10 - низкоэффективному,

а также тем, что создают градуировочную шкалу значений оптимального цетанового индекса в диапазоне от 25 ед. до 90 ед., наносят ее на номограмму эквидистантно шкале температуры выкипания 50% об. и кинематической вязкости при 50°С таким образом, чтобы значение оптимального цетанового индекса, равное 25 ед., соответствовало значению кинематической вязкости при 50°С, равному 770 мм2/с, значения оптимального цетанового индекса получают для остаточных топлив - по приведенной математической зависимости оптимального цетанового индекса от кинематической вязкости при 50°С; для бензинов, реактивных топлив, дизельных и утяжеленных дизельных топлив при температуре выкипания 50% об. менее 225°С - по зависимости оптимального цетанового индекса от температуры выкипания 50% об.; для дизельных топлив и утяжеленных дизельных топлив при температуре выкипания 50% об. не менее 225°С - по среднеарифметическому значению зависимостей оптимального цетанового индекса от температуры выкипания 50% об. и кинематической вязкости при 50°С, а совмещенные значения температуры выкипания 50% об. от 225°С до 310°С и кинематической вязкости при 50°С соответственно от 1,5 мм2/с до 4 мм2/с для расчета оптимального цетанового индекса - по разработанной усредненной графической зависимости кинематической вязкости при 50°С от температуры выкипания 50% об. топлив.

На фиг. 1 представлена номограмма для определения ЦИо топлива;

фиг. 2 - графическая зависимость для определения кинематической вязкости топлива при температуре 50°С по известным ее значениям при других температурах в области от 20 до 100°С;

фиг. 3 - усредненная графическая зависимость кинематической вязкости при 50°С от температуры выкипания 50% об. топлива.

Необходимость использования фиг. 3 связана с относительно большими погрешностями определения показателей кинематической вязкости при 50°С (ν50) и температуры выкипания 50% об. (t50) дизельных и утяжеленных дизельных топлив в разных лабораториях одного и того же топлива (различия для ν50 - до 0,6 мм2/с, для t50 - до 17°С). Фиг. 3 получена как усредненная зависимость ν50 и t50 при испытаниях большого количества топлив для совмещенного участка шкалы номограммы испаряемости топлив, состоящей из трех участков: значений t50, значений t50 и ν50 для участка совмещенных их значений и значений ν50.

Физический смысл дополнительно определяемого показателя ЦИо состоит в том, что для обеспечения высокой эффективности сгорания разных топлив доля испарившейся их части за время до начала воспламенения, т.е. за период задержки воспламенения (ПЗВ), должна быть постоянной.

Большему значению ПЗВ соответствует меньшее значение ЦИо. Соответственно по мере ухудшения испаряемости топлива (увеличения t50 или ν50) требуется большее время на испарение топлива до начала его горения (больший ПЗВ), т.е. уменьшение показателя ЦИо. Таким образом, требуемое значение показателя ЦИо зависит только от испаряемости топлива, в то время как значение показателя ЦИ зависит как от испаряемости топлива, так и его плотности, отражающей преимущественно групповой углеводородный состав топлива (соотношение в нем парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов). При одном и том же значении испаряемости топлива и, соответственно, одном и том же значении ЦИо улучшение эффективности сгорания топлива осуществляется регулированием группового углеводородного состава таким образом, чтобы значения ЦИ и ЦИо топлива различались как можно меньше (в идеале совпадали).

Для подтверждения достоверности заявленной дифференциации топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях проведены испытания продолжительностью по 500 ч дизельного топлива ДС по ГОСТ 4749, мазута Ф5 по ГОСТ 10585 и опытных образцов дистиллятных топлив в среднеоборотном двигателе (СОД) размерностью 30/38 (диаметр/ход поршня) и частотой вращения коленвала 715 мин-1 и высокооборотном двигателе (ВОД) размерностью 18/20 и частотой вращения коленвала 1500 мин-1. На ВОД мазут Ф5 не испытывался, поскольку он не применяется на таких двигателях. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Как следует из приведенных в таблице 1 данных «высокоэффективному» по сгоранию топливу в ВОД и СОД отвечает только образец дистиллятного топлива №4. При испытании как в ВОД, так и в СОД он имеет наименьшие значения удельного расхода топлива (соответственно 174 г на эффективную л.с.ч и 184 г/э.л.с.ч) и дымности ОГ (соответственно 0,10 г/м3 и 0,09 г/м3), тогда как для среднеэффективного топлива (образец 1) эти значения составляют соответственно 176 г/э.л.с.ч и 186 г/э.л.с.ч и 0,14 г/м3 и 0,12 г/м3, для низкоэффективного топлива (образец 2) соответственно 178 г/э.л.с.ч и 188 г/э.л.с.ч и 0,16 г/м3 и 0,14 г/м3, для «низкоэффективного» топлива (образец 5) - 180 г/э.л.с.ч и 189 г/э.л.с.ч и 0,16 г/м3 и 0,14 г/м3 и для «низкоэффективного» топлива образец 3 (испытывался только в СОД) 190 г/э.л.с.ч и 0,14 г/м3.

Это согласуется со значениями показателя Δ заявленного способа: 2 ед. для высокоэффективного образца (№4), 6 ед. для среднеэффективного образца (№1), -8 ед. для низкоэффективного образца (№2), 11 ед. для низкоэффективного образца (№3) и 12 ед. для низкоэффективного образца (№5). Среднеэффективный по сгоранию в указанных дизелях образец топлива (№1) уступает «высокоэффективному» образцу (№4) по удельному расходу соответственно на 1,2% и 1,1% и по дымности ОГ соответственно на 40% и 33%. «Низкоэффективные» по процессу сгорания при испытаниях в указанных ВОД и СОД образцы (№2 и №5)уступают «высокоэффективному» образцу (№4) по удельному расходу соответственно на 2,3% и 2,2% и 3,3% и 2,7% и по дымности ОГ на (55-56) %. «Низкоэффективный» образец №3 при испытаниях в СОД уступает «высокоэффективному» образцу по удельному расходу на 3,3% и по дымности ОГ - на 56%.

Следовательно, результаты натурных испытаний приведенных топлив в дизельных двигателях подтверждают возможность дифференциации их как «высокоэффективных», «среднеэффективных» и «низкоэффективных» по сгоранию в дизельных двигателях.

Суть заявляемого способа заключается в том, что предлагается использовать совокупность легко определяемых (без проведения моторных испытаний) применяемых показателей качества топлив (плотности при 20°С, температуры выкипания 50% об., кинематической вязкости при 50°С и ЦИ) и дополнительно (ранее не определялись) показателей ЦИо (по математическим зависимостям или номограмме) и «А» (по разности значений ЦИ и ЦИо) для дифференциации их по эффективности сгорания в дизельных двигателях без проведении длительных и дорогостоящих моторных испытаний.

Градуировку шкалы ЦИо создавали следующим образом:

- на участке, соответствующем температурам выкипания 50% об. (t50) на шкале III номограммы от 90°С до значений менее 225°С, - по приведенной зависимости ЦИо от температуры выкипания 50% об. топлива;

- на участке, соответствующем значениям кинематической вязкости при 50°С (ν50) на шкале III от значения более 4 мм2/с до значения 770 мм2/с, - по приведенной зависимости ЦИо от кинематической вязкости при 50°С;

- на участке, соответствующем совмещенным значениям t50 от 225°С до 310°С и ν50 от 1,5 мм2/с до 4 мм2/с на шкале III, - по среднеарифметическим значениям ЦИо, полученным по обеим зависимостям. Совмещенные значения t50 и ν50 определяли по замеренным значениям показателей t50 и ν50 для разных топлив и построенной по ним усредненной графической зависимости (фиг. 3) ν50 от t50.

Полученную таким образом градуировочную шкалу ЦИо нанесли на номограмму эквидистантно шкале III, чтобы подчеркнуть зависимость шкалы IV ЦИо на номограмме только от испаряемости топлива, т.е. от шкалы III.

Полученный диапазон шкалы IV (значений ЦИо) составил от 25 ед. (соответствует значению ν50, равному 770 мм2/с на шкале III) до 90 ед. (соответствует значению t50, равному 91°С). Наличие на номограмме шкалы ЦИо значительно упрощает и ускоряет дифференциацию топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях, поскольку не требует проведения расчета значений ЦИо по математическим зависимостям.

Примеры дифференциации топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях с использованием номограммы приведены ниже.

Пример 1. Имеется дизельное топливо ДС по ГОСТ 4749 с плотностью при 20°С (ρ20), равной 838 кг/м3, и температурой выкипания 50% об. (t50) - 276°С. Требуется дифференцировать топливо по эффективности его сгорания в дизельных двигателях.

Для этого:

- на шкале I номограммы, фиг. 1, находят значение ρ20, равное 838 кг/м3 (точка «А»);

- на шкале III номограммы находят значение t50, равное 276°С (точка «Б»);

- соединяют прямой линией точки «А» и «Б» и по шкале II определяют значение ЦИ топлива, равное 54 ед. (точка «В»);

- точке «Б» на шкале III соответствует значение ЦИо, равное 48 ед. на эквидистантной шкале IV (точка «Г»);

- определяют значение показателя эффективности сгорания топлива в дизельном двигателе по разности (Δ) ЦИ (54 ед.) и ЦИо (48 ед.), равной 6 ед.

Значение показателя Δ дифференцирует эффективность сгорания этого топлива в дизельных двигателях как «среднюю». Это отвечает действительности, поскольку при испытании как в среднеоборотном, так и в высокооборотном двигателях его удельный расход был выше на 1,1% и 1,2%, соответственно, а дымность ОГ выше на 38% и 44%, соответственно, чем у «высокоэффективного» топлива (образец №4, таблица 1). Вместе с тем эти показатели были ниже, чем для образцов топлива, характеризуемых как «низкоэффективные» (образцы №2, №3 и №5, таблица 1), показатель Δ для которых составляет -8 ед., 11 ед. и 12 ед., соответственно.

Пример 2. Имеется дизельное топливо Евро ГОСТ Р 52368-2005 с показателями ρ15 - 841 кг/м3 и кинематической вязкостью при 40°С - 2,7 мм2/с. Требуется оценить его по показателю Δ эффективности сгорания в дизельных двигателях.

Для этого:

- на шкале I номограммы находят значение ρ15, равное 841 кг/м3, которому соответствует ρ20, равное 838 кг/м3 (точка «Д»);

- учитывая, что показатель t50 в технических условиях отсутствует, его испаряемость по шкале III необходимо определить по кинематической вязкости при 50°С (ν50). ν50 топлива определяют с использованием графической зависимости (фиг. 2) кинематической вязкости топлива от температуры (t). На этой фиг. находят точку «Е», соответствующую известной кинематической вязкости топлива при 40°С, равной 2,7 мм2/с. Через эту точку проводят линию (на фиг. 2 показана штрихами), параллельную ближайшей линии с известной зависимостью ν от t, до пересечения ее с вертикальной пунктирной линией температуры 50°С в точке «Ж», которой соответствует значение вязкости ν50, равное 2,2 мм2/с;

- найденное значение ν50 анализируемого топлива наносят на шкалу III фиг. 1, обозначая его точкой «З»;

- соединяют прямой линией точку «Д» на шкале I с точкой «З» на шкале III и находят, что точке пересечения этой линией шкалы II (точке «И») соответствует ЦИ анализируемого топлива, равный 52 ед.;

- точке «З» на шкале III соответствует ЦИо, равный 49 ед. (точка «К» на шкале IV);

- определяют значение показателя эффективности сгорания анализируемого топлива по разности «Δ»: ЦИ (52 ед.) - ЦИо (49 ед), равное 3 ед. Значение показателя Δ дифференцирует эффективность сгорания топлива, как «высокую».

Действительно, топливо вырабатывается ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» с 2004 г. и обеспечивает номинальные показатели работы дизелей.

Пример 3. Имеется опытное утяжеленное дизельное топливо по ТУ 38.101717-78 с показателями: ρ20 - 861 кг/м3, t50 - 290°С. Требуется оценить эффективность его сгорания в дизельных двигателях по показателю Δ.

Для этого:

- на шкале I номограммы находят значение ρ20 - 861 кг/м3 (точка «Л»);

- на шкале III номограммы находят значение t50 - 290°С (точка «М»);

- соединяют прямой линией точки «Л» и «М» и определяют, что ЦИ

топлива равен 47 ед. (точка «Н»);

-точке «М» на шкале III соответствует значение ЦИо, равное 45 ед. (точка «О») на шкале IV;

- определяют значение показателя «Δ» по разности ЦИ (47 ед.) и ЦИо (45 ед.), равной 2 ед. Значение показателя «Δ» дифференцирует эффективность сгорания топлива в дизельных двигателях как «высокую».

Действительно длительные (стендовые) испытания этого топлива, проведенные с участием авторов на заводе «Звезда» (г. Санкт-Петербург), показали, что оно имело «высокую» эффективность сгорания, превосходившую эффективность сгорания даже более легкого (t50 - 276°С, ρ20 - 838 кг/м3) товарного дизельного топлива ДС по ГОСТ 4749, взятого для сравнения, по удельному расходу и дымности отработавших газов, что объясняется значением показателя Δ для товарного топлива, равным 6 ед., т.е. большим, чем у первого топлива (2 ед.), и соответствующим «средней» эффективности сгорания топлива.

Об этом же свидетельствуют данные таблицы 1 для образцов топлива №4 и №1.

Пример 4. Имеется дизельное топливо ДС по ГОСТ 4749 с ρ20 - 869 кг/м3 и t50 - 276°С. Требуется определить эффективность его сгорания в дизельных двигателях по показателю Δ.

Для этого:

- на шкале I номограммы находят значение ρ20 - 869 кг/м3 (точка «П»);

- на шкале III номограммы находят значение t50 - 276°С (точка «Р»);

- соединяют прямой линией точки «П» и «Р» и определяют, что ЦИ топлива равен 40 ед. (точка «С»);

- точке «Р» соответствует значение ЦИо, равное 48 ед. (точка «Т»);

- определяют значение показателя «А» эффективности сгорания топлива в дизельных двигателях по разности ЦИ (40 ед.) и ЦИо (48 ед.,), которое равно минус 8 ед. Значение показателя «Δ» дифференцирует эффективность сгорания топлива как «низкую».

Действительно, при стендовых испытаниях топлива на дизельных двигателях размерностями 16/18 и 30/38 и номинальными частотами вращения коленвала 1500 мин-1 (высокооборотный двигатель) и 715 мин-1 (среднеоборотный двигатель) его удельный расход и дымность ОГ были выше, чем у топлив, дифференцируемых по эффективности сгорания как «высокоэффективное» и «среднеэффективное».

В сравнении с «высокоэффективным» топливом (образец 4) он имел большие удельный расход и дымность ОГ соответственно на 2,3% и 60% в первом двигателе и на 2,2% и 56% - во втором.

Пример 5. Имеется мазут Ф5 по ГОСТ 10585 с показателями: ρ20 - 912 кг/м3 и ν50 - 26 мм2/с. Требуется определить эффективность его сгорания в дизельных двигателях.

Для этого:

- на шкале I номограммы находят значение ρ20 - 912 кг/м3 (точка «У»);

- на шкале III номограммы находят значение ν50 - 26 мм2/с (точка «Ф»);

- соединяют прямой линией точки «У» и «Ф» и определяют, что ЦИ топлива равен 44 ед. (точка «X»);

- точке «Ф» на шкале III соответствует значение ЦИо на шкале IV, равное 33 ед. (точка «Ц»);

- определяют значение показателя Δ эффективности сгорания топлива в дизельных двигателях по разности ЦИ (44 ед.) и ЦИо (33 ед.), равной 11 ед. Значение показателя «Δ» дифференцирует эффективность сгорания топлива как «низкую».

Действительно, при использовании указанного топлива в среднеоборотном дизеле удельный расход топлива и дымность ОГ были выше, чем у топлив, дифференцируемых по эффективности сгорания как «высокоэффективное» и «среднеэффективное» (образец №3 в сравнении с образцами №4 и №1 - таблица 1). В сравнении с образцом топлива №4 образец №3 имеет больший (на 3,3%) удельный расход и большую (на 56%) дымность ОГ.

Пример 6. Имеется автомобильный бензин каталитического риформинга с показателями: ρ20 - 790 кг/м3, t50 - 126°С. Требуется определить эффективность его сгорания в дизельных двигателях.

Для этого:

- на шкале I номограммы находят значение ρ20 - 790 кг/м3 (точка «Ч»);

- на шкале III номограммы находят значение t50 - 126°С (точка «Ш»);

- соединяют прямой линией точки «Ч» и «Ш» и в точке «Щ» пересечения линией шкалы II определяют, что ЦИ топлива равен 14 ед.;

- из точки «Ш» на шкале III номограммы проводят горизонтальную линию до пересечения ее в точке «Ы» со шкалой IV, которой соответствует ЦИо, равный 80 ед.;

- определяют значение показателя «Δ» эффективности сгорания топлива в дизельных двигателях по зависимости: Δ=ЦИ-ЦИо, равное «-66 ед.», что соответствует «низкой» эффективности сгорания.

Действительно попытки использования этого бензина как и любых других его образцов в дизельных двигателях являются неудачными. Пуск двигателя невозможен из-за показателя Δ, имеющего чрезвычайно высокое отрицательное значение.

Результаты индицирования параметров рабочего процесса или длительной работы различных типов дизельных двигателей на дистиллятных топливах (с температурой выкипания 50% об. до 305°С) и остаточных топливах с кинематической вязкостью при 50°С до 770 мм2/с, а также оценка эффективности их сгорания (по показателю «Δ») приведены в таблице 2.

Из приведенных в таблице 2 данных видно, что по значениям найденного показателя Δ, рассчитываемого по зависимости:

А=ЦИ-ЦИо.

где Δ - значение показателя для дифференциации топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях, ед.;

ЦИ - цетановый индекс, ед.;

ЦИо - оптимальный цетановый индекс топлива, ед., проводится дифференциация эффективности сгорания в дизельных двигателях как дистиллятных, так и остаточных топлив.

При этом отсутствию каких-либо отклонений в техническом состоянии двигателей (таблица 2) отвечают топлива, имеющие значения показателя Δ от 0 до 5 ед. (столбцы 7, 11, 12 и 13, строки 1, 2, 6, 9, 14, 17, 19, 21, 22 и 28).

При значениях Δ, превышающих 5 ед. и до 10 ед., происходит снижение экономичности двигателей (увеличение удельного расхода топлива) и ухудшение их экологических характеристик (увеличение дымности ОГ) - столбцы 8, 11, 12 и 13, строки 3,4, 10 и 29.

При значениях показателя Δ, меньших 0 ед., отвечающих «низкой» эффективности сгорания топлива, наблюдаются ухудшение пусковых свойств двигателей (столбцы 9 и 13, строки 18 и 23), недопустимое увеличение «жесткости» рабочего процесса, подтверждаемое индицированием параметров рабочего процесса (столбцы 9 и 13, строки 15 и 16), существенное увеличение удельного расхода топлива (до 2,3%) и дымности ОГ (столбцы 9, 11, 12 и 13, строка 27) или аварийные массовые отказы двигателей (при длительной работе) до истечения их моторесурса (столбцы 9 и 13, строка 12).

При значениях показателя Δ, больших 10 ед. (также отвечающих «низкой» эффективности сгорания топлива), наблюдаются значительное повышение удельного расхода топлива (до 3,4%) и дымности отработавших газов (до 60%) при кратковременной работе (индицировании параметров рабочего процесса) двигателей или при продолжительной работе до 500 ч (столбцы 9, 11, 12 и 13, строки 5, 11, 24, 25 и 26) или недопустимое снижение мощности и аварийные отказы двигателей при длительной работе до истечения их моторесурса (столбцы 9, 11, 12 и 13, строки 7, 8 и 13).

Таким образом, изобретение обеспечивает достижение заявленного технического результата - повышение достоверности дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях без проведения длительных и дорогостоящих моторных испытаний, а только путем использования известных или легко определяемых (без проведения моторных испытаний) показателей физико-химических свойств анализируемых топлив - плотности, температуры выкипания 50% об., кинематической вязкости при 50°С, ЦИ, ЦИо и разности ЦИ и ЦИо. При наличии паспорта пригодность топлива к использованию в дизельных двигателях (в крайнем случае) можно оценить без экспериментального определения этих показателей, а только по номограмме и графическим зависимостям вязкости топлив от температуры и вязкости топлив от температуры выкипания 50% об., что особенно важно в случае нахождения корабля вдали от отечественных баз. При этом для использования целесообразно выбирать образцы топлив высокоэффективных и среднеэффективных по показателю Δ.

Изобретение позволяет многократно ускорить и удешевить работы по созданию новых образцов топлив для дизелей за счет отбраковки (до испытаний на двигателях) заведомо непригодных лабораторных образцов, имеющих показатель «Δ», характеризующий их как низкоэффективные.

1. Способ дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях, включающий определение по номограмме цетанового индекса, по шкале в диапазоне от 0 ед. до 70 ед. по плотности при 20°С по шкале в диапазоне от 700 кг/м3 до 1020 кг/м3, температуре выкипания 50% об. по шкале в диапазоне от 90°С до 310°С, кинематической вязкости при 50°С по шкале в диапазоне до 1000 мм2/с, совмещенной на ограниченном участке со шкалой температуры выкипания 50% об., отличающийся тем, что дополнительно для анализируемого топлива замеряют кинематическую вязкость при 50°С - остаточного топлива, дизельного и утяжеленного дизельного топлив; температуру выкипания 50% об. - бензина, реактивного топлива, дизельного и утяжеленного дизельного топлив, после чего рассчитывают значения оптимального цетанового индекса:
- бензинов, реактивных топлив, дизельных и утяжеленных дизельных топлив по зависимости

при этом для дизельных и утяжеленных дизельных топлив только при температуре выкипания 50% об. меньше 225°С,
- остаточных топлив по зависимости

- дизельных и утяжеленных дизельных топлив при температуре выкипания 50% об., равной или больше 225°С по среднеарифметическому значению по обеим зависимостям,
где ЦИо - оптимальный цетановый индекс анализируемого топлива, ед.;
К1=184 - экспериментально полученная постоянная, ед.;
К2=20,88·(°С)-1 - экспериментально полученный коэффициент;
t50 - температура выкипания 50% об. анализируемого топлива, °С;
К3=34,9 - экспериментально полученная постоянная, ед.;
К4=0,23 и К5=0,77 - экспериментально полученные коэффициенты;
ν50 - кинематическая вязкость анализируемого топлива при 50°С, мм2/с,
а дифференциацию анализируемого топлива по эффективности сгорания в дизельных двигателях оценивают по величине разности Δ между цетановым индексом по номограмме и оптимальным цетановым индексом, рассчитанным по приведенным зависимостям, и относят анализируемое топливо к при:
0≤Δ≤5 - высокоэффективному,
5<Δ≤10 -среднеэффективному,
0>Δ>10 - низкоэффективному.

2. Способ дифференциации жидких углеводородных топлив по эффективности их сгорания в дизельных двигателях по п.1, отличающийся тем, что создают градуировочную шкалу значений оптимального цетанового индекса в диапазоне от 25 ед. до 90 ед., наносят ее на номограмму эквидистантно шкале температуры выкипания 50% об. и кинематической вязкости при 50°С таким образом, чтобы значение оптимального цетанового индекса, равное 25 ед., соответствовало значению кинематической вязкости при 50°С, равному 770 мм2/с, значения оптимального цетанового индекса получают для остаточных топлив - по приведенной математической зависимости оптимального цетанового индекса от кинематической вязкости при 50°С; для бензинов, реактивных топлив, дизельных и утяжеленных дизельных топлив при температуре выкипания 50% об. менее 225°С - по зависимости оптимального цетанового индекса от температуры выкипания 50% об.; для дизельных топлив и утяжеленных дизельных топлив при температуре выкипания 50% об. не менее 225°С - по среднеарифметическому значению зависимостей оптимального цетанового индекса от температуры выкипания 50% об. и кинематической вязкости при 50°С, а совмещенные значения температуры выкипания 50% об. от 225°С до 310°С и кинематической вязкости при 50°С соответственно от 1,5 мм2/с до 4 мм2/с для расчета оптимального цетанового индекса - по разработанной усредненной графической зависимости кинематической вязкости при 50°С от температуры выкипания 50% об. топлив.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области определения октановых чисел н-алканов исследовательским методом. Согласно способу проводят измерение такого информационного параметра, как удельная магнитная восприимчивость и последующий расчет соответствующего значения октанового числа по эмпирической зависимости вида где Z - октановое число по исследовательскому методу, ед.; χ - удельная магнитная восприимчивость, 106, г-1.

Изобретение относится к способам оценки склонности автомобильных бензинов к образованию отложений на инжекторах двигателей внутреннего сгорания. Согласно предложенному способу осуществляют прокачку испытываемого бензина через нагретый до температуры 180±3°С инжектор в течение не более четырех суток, в каждые сутки из которых в течение 18 часов осуществляют впрыск топлива через нагретый инжектор в течение 0,2 с, с интервалом между впрысками 300 с, а в течение последующих 6 часов этих суток, при выключенном нагреве, инжектор выдерживают в нерабочем состоянии.

Изобретение относится к области дезинфекции, дезактивации поверхностей объектов и обнаружения следов взрывчатых веществ на основе полинитроароматических соединений типа тетранитротолуола.

Изобретение относится к лабораторным методам оценки эксплуатационных свойств моторных топлив, в частности позволяет оценить стойкость к окислению бензинов, содержащих антиокислительную присадку Агидол-1, и рассчитать оптимальную дозировку присадки для получения бензина с требуемым индукционным периодом.

Изобретения могут быть использованы в коксохимической промышленности. Способ производства кокса включает формирование смеси углей путем смешения двух или более типов угля и карбонизацию указанной смеси углей.

Группа изобретений относится к испытанию топлив и масел и может быть использована для оценки их эксплуатационных свойств. Способ оценки диспергирующих и солюбилизирующих свойств топлив и масел включает испытание пробы исследуемого материала при оптимальной температуре в замкнутой циркуляционной системе, при котором осуществляют контакт циркулирующего оцениваемого масла или топлива с поверхностью растворяемого контрольного вещества, предварительную подготовку которого осуществляют путем его постепенного нагрева до температуры 360°C с последующей выдержкой в течение 4 часов, растворяют это вещество в процессе контакта с потоком циркулирующего масла или топлива, периодически фиксируют параметры его растворения в зависимости от температуры циркулирующего масла или топлива, интенсивности их циркуляции, величины поверхности контакта контрольного вещества с потоком циркулирующего масла или топлива, времени контакта циркулирующего масла или топлива с поверхностью контрольного вещества, при этом диспергирующие и солюбилизирующие свойства масла или топлива оценивают по скорости растворения контрольного вещества, которую оценивают по убыли веса контрольного вещества по мере его контактирования с потоком масла или топлива и по содержанию контрольного вещества в составе циркулирующего потока масла или топлива.

Изобретение относится к области исследования характеристик высокоэнергетических материалов (ВЭМ) и может быть использовано для определения времени задержки зажигания ВЭМ лучистым тепловым потоком.

Использование: для определения объемного содержания воды в нефти. Сущность изобретения заключается в том, что способ основан на определении изменений параметров электромагнитного поля в потоке исследуемой жидкой среды при изменении ее компонентного состава, поток жидкости в зоне измерений разбивают на множество изолированных потоков, каждый из которых взаимодействует с резонатором электромагнитного поля через выделенный участок поверхности контакта, в результате чего в резонаторе формируется электромагнитное поле, обобщающее влияния всех изолированных потоков жидкости, параметры которого принимают за среднее взвешенное для совокупности потоков в изолированных каналах и сопоставляют с соответствующими показателями продукта-аналога, обладающего известными свойствами, которые могут быть эмпирически идентифицированы как доля воды в смеси с углеводородной жидкостью.

Изобретение относится к области дезинфекции и предназначено для дезактивации поверхностей объектов с одновременным обнаружением следов взрывчатых веществ на основе тринитротолуола.

Изобретение относится к области дезинфекции, дезактивации поверхностей объектов и обнаружения следов взрывчатых веществ на основе полинитроароматических соединений типа динитротолуола.

Изобретение относится к химическим способам экспертизы взрывчатых веществ и криминалистических идентификационных препаратов. Способ маркировки взрывчатого вещества заключается во введении во взрывчатое вещество, полученное смешиванием отдельных компонентов, маркирующей композиции, содержащей идентификаторы, количество которых равно количеству технических показателей, подлежащих маркировке. Для маркирования взрывчатого вещества осуществляют маркировку каждого отдельного компонента, входящего в смесь взрывчатого вещества. Маркирующую композицию для каждого отдельного компонента составляют из по крайне мере одного полимерного материала из ряда полиорганосилоксанов с длиной молекулярной цепочки, являющейся идентификатором, и которая отлична от длин молекулярных цепочек и величин вязкости полимерных материалов в маркирующих композициях других отдельных компонентов, составляющих смесь взрывчатого вещества. В качестве маркирующей композиции взрывчатого вещества используют набор маркирующих композиций отдельных компонентов смеси этого вещества. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Группа изобретений относится к исследованию изменения свойств взрывчатых веществ (ВВ) с помощью воздействия тепловых средств, а также закономерностей процессов термического разложения ВВ в присутствии конструкционных материалов. В способе оценки совместимости взрывчатых веществ с конструкционными материалами, включающем приведение в контакт исследуемого взрывчатого вещества с конструкционными материалами и последующий лабораторный анализ газообразной среды, выделяющейся при взаимодействии анализируемых материалов, на основании которого делается оценка совместимости, сначала измельчают совместно взрывчатые, например тэн, и конструкционные материалы, металлы или органические вещества, затем помещают их в реакционную камеру, выполненную в виде термонагревательного устройства, включают нагрев, чередуя изотермические и неизотермические режимы нагрева реакционной камеры, наблюдения в режиме онлайн ведут путем регистрации измеряемых параметров анализируемой газовой среды с получением измерительного сигнала, с одновременным сочетанием учета графических результатов термогравиметрического, дифференциально-термического методов анализа и метода ИК-спектрометрии, которые системой сопряженного с ИК-спектрометром интерфейса и программного обеспечения ПК, основанного на алгоритме построения графиков зависимостей измеряемых параметров газовой среды от времени наблюдения, преобразованы из Грам-Шмидт профиля в графический вид системы пиков ИК-спектра. Представлено также устройство для осуществления вышеуказанного способа. Достигается возможность достоверного установления факта развития критических условий несовместимости контактирующего с ВВ конструкционного материала, а также повышение информативности оценки. 2 н.п. ф-лы, 14 ил., 7 табл., 3 пр.
Наверх