Введение
Когда в середине XVII столетия голландский естествоиспытатель Ван Гельмонт придумал понятие "газ", он и не подозревал, какие страсти будут бушевать вокруг этого короткого слова спустя 400 лет. Действительно, теперь о том, что это фазовое состояние вещества, при котором оно "занимает весь предоставленный ему объем" знают лишь школьники да специалисты. Для всего остального человечества газ – это, в первую очередь, свет, тепло, комэфорт и деньги, деньги, деньги… Конечно, речь в этом случае идет о "голубом топливе"- природном газе.
В ХХ в. энергетические потребности человечества увеличились в 20 раз. Ныне в промышленности развитых странах на одного жителя расходуется свыше 10 т условного топлива (т у. т.) в год (1 т у. т. эквивалента 1 т угля и дает при сжигании 29 308 МДж теплоты). В 1986 г. общее энергопотребление населения Земли превысило 13 млрд. т у. т. Ожидается, что к 2020 г. эта цифра возрастет до 30 … 38 млрд. Энергетические потребности государства обеспечивает его топливно-энергетический комплекс. При этом большое значение придается экономии органического топлива и в первую очередь нефти. Однако, запасы нефти ограничены, разработка и освоение новых месторождений требуют значительных капиталовложений (за последние 20 лет они возросли в 3 раза), все больших затрат трудовых и материальных ресурсов. Нефть во все больших количествах используется в химических производствах, где она является незаменимым сырьем в ряде приоритетных отраслей народного хозяйства.
Таким образом, одним из основных направлений энергосберегающей политики является экономия наиболее ценного органического сырья — нефти. Решение этой проблемы заключено во внедрении ресурсосберегающих технологий, использовании менее энергоемких машин, сокращении применения нефтепродуктов в качестве топлива с заменой их нефтяными (альтернативными) энергоносителями — в первую очередь газом и углем. Первым направлением занимаются нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие отрасли промышленности, базирующиеся на научных разработках соответствующих разделов химмотологии. Перспективы здесь можно охарактеризовать тем, что повышение выхода топлив из нефти только на 1 % эквивалентно увеличению ее добычи до 7 млн. т в год.
Двигатели внутреннего сгорания являются основными потребителями нефти, служащей сырьем для производства автотракторных топлив и смазочных материалов (до 60 % нефти, добываемой в стране, расходуется на эти цели).
Существенная экономия топлива обеспечивается использованием высококачественных, в том числе синтетических моторных масел. Применение антифрикционных металлокомплесных присадок к моторным маслам позволяет уменьшить расход топлива до 4 % при одновременном увеличении ресурса двигателя.
Третье направление заключается в отказе от использования нефти в качестве энергоисточника с заменой ее на другие менее дефицитные энергоресурсы. Нужно искать эффективные методы преобразования имеющихся в достатке энергоресурсов В высококачественный энергоноситель, удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к топливам для ДВС. Рассмотрение таких перспективных энергоресурсов дано в гл. 1. В качестве альтернативы нефтяных топлив рассматривают энергетические аккумуляторы.
1. Для комплексной оценки топлив и смазочных материалов (Т и С) используют понятие качества. Под качеством Т и С понимают совокупность отдельных показателей (показателей качества), характеризующих его свойства.
Качество Т и С влияет на такие важнейшие показатели ДВС, как экономичность, долговечность, токсичность отработавших газов, металлоемкость и др. Например, путем использования высокоэффективных Т и С ресурс двигателя можно увеличить в 1,5 … 2 раза, В токсичность отработавших газов уменьшить в несколько раз, В общем случае качество Т и С должно в наибольшей степени удовлетворять формуле "эффективность — экономичность — экология" т.е. обеспечивать максимальную эффективность использования в двигателе при минимальных технологических и эксплуатационных расходах наряду с возможно меньшим воздействием на окружающую среду (от экономии невосстанавливаемых природных ресурсов до загрязнения атмосферы).
При оценке качества Т и С учитываются следующие факторы: полнота удовлетворения требований потребителя; технические и экономические возможности производства, экономический эффект в народном хозяйстве (у потребителя); взаимное влияние отдельных свойств Т и С (необоснованное улучшение одних свойств может повлечь за собой ухудшение других).
Особо следует отметить проблему надежности Т и С, под которой понимается способность этих материалов сохранять свои показатели качества в течение заданного ресурса. От надежности Т и С непосредственно зависит надежность ДВС, условия и экономическая эффективность использования двигателя.
Лабораторные методы используют при определении физико-химических показателей, характеризующих качество Т и С, для косвенной оценки их отдельных функциональных свойств, а также при проведении научно-исследовательских работ. Основное достоинство лабораторных методов испытаний состоит в том, что с их помощью можно выполнить дифференцированную оценку отдельных свойств Т и С и уяснить физический смысл результатов испытаний Т и С в реальных условиях. С целью интенсификации методов оценки качества Т и С создана новая система лабораторных испытании, суть которой основана на том, что каждое эксплуатационное свойство разделяют на отдельные, относительно простые составляющие показатели, оцениваемые ускоренными лабораторными методами. Полученные данные рассматривают во взаимосвязи с конкретными условиями работы Т и С. Такая комплексная оценка позволяет достаточно полно оценить исследуемые эксплутационные свойства в целом Однако вследствие большой сложности процессов, происходящих в двигателе, лабораторные методы не дают возможности получить достаточно полное представление о работе Т и С в реальных условиях. Это можно сделать на основании анализа результатов, полученных специальными методами испытаний.
Основной недостаток эксплуатационных испытаний — большая длительность (до нескольких лет). Это задерживает внедрение новых сортов Т и С и, следовательно, технический прогресс моторостроения, поэтому для оценки одного или нескольких эксплуатационных свойств Т и С широко распространились стендовые методы испытаний, выполняемые на модельных установках, натурных агрегатах, одноцилиндровых установках и полноразмерных двигателях. Эти методы объединяют общим названием — квалификационные методы испытаний. Они по сравнению с лабораторными методами позволяют более точно и полно оценить эксплуатационные свойства Т и С, а по сравнению с эксплуатационными испытаниями — упростить условия и в несколько раз сократить длительность испытаний. Наряду с этим во многих случаях квалификационные методы по сравнению с эксплуатационными позволяют уменьшить влияние посторонних факторов на исследуемый показатель, а, следовательно, повысить точность и объективность испытаний. Квалификационные методы используют для установления взаимосвязи между показателями качества Т и С и конструкцией ДВС, для разработки требований к качеству Т и С, классификации и унификации Т и С и пр. Разработан способ исследования Т и С на основе комплекса методов квалификационной оценки, позволяющий в короткое время определить эксплуатационные свойства исследуемого образца.
Однако окончательное решение о возможности использования того или иного вида Т и С в данной конструкции ДВС принимают на основании эксплуатационных испытаний. Применение различных методов испытаний указано в стандартах и технических условиях.
В условиях производства показатели качества определяют не только рациональность применения данного вида Т и С в двигателе, но и производственные затраты на его изготовление. Как правило, повышение качества продукции ведет к увеличению производственных затрат, а иногда к уменьшению ресурса этого продукта, поэтому улучшение качества Т и С необходимо рассматривать в неразрывной связи между возможным повышением стоимости производства продукта и экономией, получаемой при его использовании, т.е. повышение качества Т и С должно сопровождаться экономическим эффектом в масштабе государства.
понятие топлива
Топливо, не содержащее в своем составе окислитель, часто называют горючее. Понятие топлива более общее, нежели горючее или горючее ископаемое, потому как включает в себя древесину и различные топливные смеси. В широком смысле — один из видов потенциальной энергии, энергоноситель.
Химическая или ядерная энергия топлива переводится в различные виды энергии, и чаще всего через преобразование выделяемого при реакциях тепла тепловыми двигателями.
Основной показатель топлива — теплотворная способность (теплота сгорания). Для целей сравнения видов топлива введено понятие условного топлива (теплота сгорания одного килограмма "условного топлива" (у.т.) составляет 29,3 МДж или 7000 ккал — что примерно соответствует каменному углю).
Печное бытовое топливо предназначено для сжигания в отопительных установках небольшой мощности, расположенных непосредственно в жилых помещениях, а также в теплогенераторах средней мощности, используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и других целей.
Стандарт на котельное топливо — ГОСТ 10585-99 предусматривает выпуск четырёх его марок: флотских мазутов Ф-5 и Ф-12, которые по вязкости классифицируются как лёгкие топлива, топочных мазутов марки 40 — как среднее и марки 100 — тяжелое топливо. Цифры указывают ориентировочную вязкость соответствующих марок мазутов при 50 °C.
Печное топливо темное вырабатывается из дизельных фракций прямой перегонки и вторичного происхождения — дистиллятов термического, каталитического крекинга и коксования.
По фракционному составу печное топливо может быть несколько тяжелее дизельного топлива по ГОСТ 305-82 (до 360 °C перегоняется до 90 процентов вместо 96 процентов, вязкость печного топлива до 8,0 мм2/с при 20 °C против 3,0…6,0 мм2/с дизельного).