Теплота сгорания топлива. Основным свойством, определяющим ценность топлива как источника тепловой энергии, является теплота сгорания. Ею называется количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива.

Поскольку в топливе содержится водород, при его сгорании образуется водяной пар. Известно, что при конденсации водяного пара выделяется теплота. Следовательно, после сгорания 1 кг топлива выделится теплота как в результате окисления углерода и водорода, так и вследствие конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода. Если учесть оба этих слагаемых, то полученное количество теплоты дает высшую теплоту сгорания.

В двигателях внутреннего сгорания отработавший газ выходит из цилиндра при температуре значительно выше 100 °С. Это значит, что водяной пар конденсироваться внутри цилиндра не будет, и теплота, выделяющаяся при его конденсации, использованной быть не может. Поэтому при оценке эффективности работы двигателей внутреннего сгорания учитывают низшую теплоту сгорания, которая меньше высшей на количество теплоты, выделяющейся при конденсации водяного пара, образовавшегося в результате сгорания топлива.

Теплота сгорания жидкого нефтетоплива колеблется в нешироких пределах. Так, низшая теплота сгорания бензина составляет 44 000 — 46 000 кДж/кг (10 500 — 11 ООО ккал/кг), дизельного топлива — 41 000 — 43 000 кДж/кг (9800 — 10 200 ккал/кг), газотурбинного — порядка 40 000 кДж/кг (9500 ккал/кг).

У газообразных топлив теплота сгорания относится не к 1 кг, а к 1 м3, взятому при нормальных условиях (температуре 0 °С, давлении 760 мм рт. ст.), что принято обозначать нм3. Теплота сгорания горючих газов отличается очень сильно. Так, генераторный газ, получаемый при газификации твердого топлива, например древесных чурок, имеет теплоту сгорания порядка 4200 кДж/нм3 (1000 ккал/нм3), а попутный газ нефтяных месторождений и газ крекинг-заводов — порядка 46 000 — 67 000 кДж/нм3 (11000— 16 000 ккал/нм3). При сравнении теплоты сгорания газообразного и жидкого топлив надо иметь в виду, что в 1 нм3 заключается меньше 1 кг газообразного топлива.

Для упрощения планирования и отчетности по расходу топлив с различной теплотой сгорания введено понятие условного топлива. Условным называется топливо с теплотой сгорания 7000 ккал!кг, что соответствует 29 308 кДж/кг. Если, например, израсходована 1 т дизельного топлива с теплотой сгорания 10 000 ккал/кг, то это будет соответствовать = 1,43 т условного топлива.

Фракционный состав. Однородность топлива характеризуется его фракционным составом. На специальной лабораторной установке определяют, при какой температуре испарятся 50 и 96% топлива. Иногда определяют температуру испарения 10%, а для тяжелых сортов топлива находят обратную величину: какой процент топлива испаряется при определенной температуре.

Чем уже фракционный состав, тем лучше сгорает топливо в двигателе. Это значит, что если у одного топлива 50% испаряется при 250 °С, 96% — при 340°С (разность 90°С), а у другого соответственно при 280 и 340 °С (разность 60 °С), то последнее топливо более качественно. Наличие в топливе легких фракций, снижающих температуру испарения до 200 °С и ниже, облегчает пуск двигателя, но приводит к более жесткой его работе. Содержание тяжелых углеводородов, выкипающих при температуре выше 350 °С, ухудшает смесеобразование, способствует дымной работе двигателя и отложению нагара. В малооборотных двигателях топливо с тяжелыми фракциями сгорает достаточно качественно.

Вязкость. Качество распыливания топлива сильно зависит от вязкости топлива, под которой понимается свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц под действием внешней силы.

Государственные стандарты СССР нормируют чаще всего величину кинематической вязкости, иногда — кинематической и условной или только условной. Единицей кинематической вязкости является стокс (Ст). Жидкость имеет вязкость в 1 Ст, если при плотности 1 г/см3 для взаимного перемещения со скоростью 1 см/с двух слоев жидкости площадью в 1 см2, находящихся на расстоянии 1 см друг от друга, требуется сила в 1 дину. Практически используется не эта единица, а ее сотая доля: санти-стокс (сСт). Вязкостью примерно в 1 сСт обладает дистиллированная вода при 20 °С.

Условная вязкость определяется как отношение времени истечения топлива (или другой жикости) в специальном приборе — вискозиметре к времени истечения дистиллированной воды, имеющей температуру 20 °С. Условная вязкость обозначается символами ВУ или °Э (градус Энглера).

В зарубежных документах и инструкциях, с которыми приходится сталкиваться при заходе в иностранные порты и при обслуживании техники, построенной в других странах, встречается измерение вязкости по времени истечения в различных условиях по Редвуду (R1; с) и по Сейболту (SU, с).

При повышении температуры жидкости вязкость ее уменьшается. Поэтому значение вязкости всегда сопровождается ссылкой на температуру, при которой она определена. При определении условной вязкости температуру указывают в виде индекса: ВУ50 или °Э50; это означает, что вязкость определена при 50 °С.

Топливо хорошо прокачивается через систему и свободно распыливается при вязкости его до 8 сСт при 20 °С. Если вязкость выше, применение топлива без подогрева затруднительно. Вязкость топлива меньше 1,5 сСт при 20 °С тоже нежелательна. Дело в том, что топливо является смазочной жидкостью для топливных насосов и форсунок, и если вязкость его будет мала, то работа топливной аппаратуры станет ненадежной.

Температурные характеристики. Применимость топлива при низких температурах окружающей среды зависит от температур его застывания и помутнения.

Температурой застывания называется такая, при которой уровень топлива в пробирке при ее наклоне на 45° остается неподвижным в течение 1 мин, т. е. прекращается текучесть топлива. При температуре пому тнения в топливе появляются кристаллы парафина или других углеводородов, способные забить топливную систему (прежде всего фильтры) и нарушить подачу топлива в цилиндры.

При температуре вспышки пары топлива, подогреваемого в специальном приборе, вспыхивают при поднесении открытого огня к отверстию, имеющемуся в крышке прибора. Эта температура определяет степень пожарной опасности топлива. Согласно Правилам Речного Регистра РСФСР температура вспышки топлива, применяющегося для судовых двигателей, должна быть не ниже 60 °С. Регистр СССР, правилам которого должны соответствовать суда, выходящие в море, допускает в отдельных случаях применение топлива с температурой вспышки не ниже 43 °С, но оговаривает для этих случаев повышенные требования к обеспечению пожарной безопасности.

С точки зрения использования топлива в дизеле важной характеристикой является температура самовоспламенения, при которой частицы топлива, находящегося в контакте с воздухом, воспламеняются без какого-либо особого источника зажигания. Понятно, что температура воздуха в цилиндре к концу сжатия должна быть выше температуры самовоспламенения топлива даже в самых неблагоприятных условиях, например при пуске холодного дизеля.

Четкой связи между температурой самовоспламенения и температурой вспышки нет. Однако тяжелые углеводороды имеют более низкую температуру самовоспламенения, чем легкие того же ряда. Поэтому обычно топлива с низкой температурой вспышки имеют высокую температуру самовоспламенения.

Стандартами на топливо температура самовоспламенения не нормируется, но иногда указывается в виде справочной характеристики. У дизельного топлива при атмосферном давлении она бывает ниже 400 °С, у керосина — выше 400 °С, у бензина — выше 500 °С. При повышении давления температура самовоспламенения сильно понижается.

Прочие свойства топлива. При изготовлении топлива определяют содержание серы и некоторых ее соединений. Кроме того, стандарты часто предусматривают испытание, топлива на медной пластинке. В топливо на определенное время, помещают пластинку из электролитической меди, после чего смотрят, изменился ли цвет ее поверхности. Если медь не покрылась специфичными пятнами, то активных сернистых соединений или свободной серы в топливе нет, значит, оно выдержало испытание. Согласно стандартам СССР все марки дизельного топлива это испытание должны выдерживать. Для тяжелых сортов (газотурбинного, моторного) испытание на медной пластинке не предусматривается.

В качественные показатели топлива входят его коксуемость и зольность. Коксом называется отстаток после испарения топлива при высокой температуре в отсутствии воздуха. Чтобы повысить точность лабораторного опыта, у легких сортов топлива определяют коксуемость 10 -ного остатка пробы после испарения остальных 90. Зола —это неорганическая составляющая топлива.

Для определения зольности топливо выпаривают, а образовавшийся остаток прокаливают, получая золу.

Кокс и зола, откладываясь на стенках и кольцах, увеличивают износ цилиндра, способствуют пригоранию поршневых колец, закоксовыванию форсунок. Содержание кокса у тяжелых сортов топлива доходит до 10%, зольность — до 0,15%. У легких сортов дизельного топлива коксуемость и зольность значительно ниже.

Как известно, в топливе могут быть водорастворимые кислоты и щелочи. Кроме того, в нем присутствуют органические кислоты, содержание которых характеризуется свойством, называемым кислотностью. Под этим понятием подразумевается количество миллиграммов едкого кали (КОН), необходимое для нейтрализации кислот, содержащихся в 100 мл топлива. Во избежание коррозии деталей топливной аппаратуры кислотность топлива не должна превышать 5 мг КОН на 100 мл.

Современные стандарты на топливо требуют определения его коэффициента фильтруемости. В воответствующем приборе измеряется время, необходимое для прохождения каждой из десяти порций по 2 мл топлива через фильтровальную бумагу. Коэффициентом фильтруемости называется отношение времени фильтрации десятой порции к времени первой. Если коэффициент фильтруемости окажется больше пяти при прохождении не десятой, а одной из предыдущих порций,тона этом испытание прекращается. Коэффициент фильтруемости пока стандартами не нормируется.

При длительном хранении в топливе начинается окисление углеводородов, что приводит к увеличению содержания смол в нем. Интенсивность смолообразования зависит от ряда внешних факторов: температуры, величины поверхности соприкосновения топлива с воздухом и других, а также и от содержания в топливе непредельных углеводородов, склонных к окислению. Их содержание характеризуется йодным числом, измеряющимся количеством граммов йода, присоединяющегося к непредельным углеводородам, содержащимся в 100 мл топлива. Йодное число нормируется стандартами не для всех сортов топлива.

Также не для всех сортов нормируется плотность топлива, однако определение ее обязательно: Плотность необходимо знать для различных расчетов. Плотность нефтепродуктов (в г/см3) определяется при их температуре 20 °С, делится на плотность воды при 4 °С, принятую за единицу, и обозначается как pi0. Плотность дизельного топлива составляет 0,80 — 0,86 г/см3, у моторного, предназначенного для малооборотных дизелей, она достигает 0,97 г/см3.

Для улучшения естественных свойств в топливо могут вводиться присадки. В последние годы большое внимание уделено разработке присадок, снижающих износ и нагарообразование, предотвращающих коррозию, способствующих лучшему распыливанию топлива.