ЗАНЯТИЕ 2

Общие свойства топлива, их влияние на работу машин

1. Назначение, классификация и характеристика топлива

Органическое топливо пока является основным источником механической энергии. Не каждое вещество, которое способно гореть, можно использовать в качестве топлива.

Топливо ― это горючее вещество, специально сжигаемое для получения теплоты.

Требования, которым должно отвечать топливо:

1. При сгорании выделять большое количество теплоты;
2. Быть достаточно широко распространённым в природе и доступным для разработок;
3. Быть дешёвым при использовании;
4. Сохранять свои свойства во время хранения;
5. При сгорании не должно выделять вещества опасные для окружающей среды.

Этим требованиям отвечают вещества органического происхождения: нефть, газ, ископаемый уголь, дрова, горючие сланцы, торф и т.д.

Схема "Виды источников энергии"

Общая классификация топлива

2.Состав топлива. Горение топлива и коэффициент избытка воздуха

Рисунок 1 - Схема  "Состав топлива"

Горючая часть представляет собой совокупность различных органических соединений, в которые входит: углерод, водород, кислород, азот и сера.

Негорючая часть (балласт) состоит из минеральных примесей.

Понятие топлива возникло из способности некоторых веществ гореть, выделяя при этом тепло. Поскольку горение является химической реакцией окисления, то в этом случае топливо состоит из горючего (например, дерева в виде дров или бензина) и окислителя, которым часто служит кислород.

Процесс сгорания может протекать, как при  недостатке, так и при избытке воздуха. От этого в большей мере зависит теплота сгорания  топлив и состав отработавших газов (токсичность).

Рисунок 2 - Такты работы ДВС.

 А - впуск, В - сжатие, С - рабочий ход, D - выпуск.

В бензиновом двигателе рабочая смесь сжимается во время такта сжатия (рисунок 4 В), перед приходом поршня в ВМТ поджигается электрической искрой, проскакивающей между электродами свечи зажигания, и почти сгорает до прихода поршня в ВМТ. На процесс сгорания в значительной степени влияет соотношения воздуха и топлива.

Для полного сгорания 1 кг бензина теоретически необходимо 14,8 кг воздуха, а для 1 кг дизельного топлива ― 14,4 кг.

На наиболее распространенных инжекторных двигателях оптимальной считается стехиометрическая смесь: экономичность и мощность двигателя – на приемлемом уровне, вреда для экологии минимум.

Стехиометрический состав горючей смеси  — состав смеси, в которой окислителя ровно столько, сколько необходимо для полного окисления горючего. Для ДВС с искровым зажиганием, стехиометрическим считается соотношение равное 14,7 : 1 (воздух : топливо, г).  Для пропана это соотношение равно 15,6 : 1. Коэффициент избытка окислителя (α) для горючей стехиометрической смеси равен 1.

Отношение массы действительно расходуемого воздуха (L) к массе воздуха, теоретически необходимого (L_О) для полного сгорания топлива, называют коэффициент избытка воздуха (α).

При α < 1 ― смесь богатая (обогащённая), при α > 1 ― смесь бедная (обеднённая), а при α = 1 ― смесь нормального состава.

Автомобильные бензиновые ДВС работают при номинальной мощности с коэффициентом избытка воздуха α = 0,80…1,20; дизельные ДВС ― при α = 1,20…1,65.

Горение бензина также возможно при α = 0,50…1,40.

3. Теплота сгорания топлива

Количество теплоты, выделяемое при сгорании единицы топлива, называется теплотворной способностью топлива или теплотой сгорания (Дж/кг или Дж/м³). Этот показатель оценивает энергетические возможности топлива и является одним из основных.

Ранее, в старых системах, теплоту сгорания определяли в калориях, поэтому приборы, для определения теплоты сгорания называют калориметрами.

Рисунок 3 - Схема "Виды теплоты сгорания топлива"

Высшую ― получают в том случае, если вода, полученная при сгорании находится в капельно-жидком состоянии, после чего капельки воды удаляются вместе с отработавшими газами.

Низшую ― получают в том случае, если при сгорании вода успевает переходить из капельно-жидкого состояния в парообразное, после чего пары воды удаляются вместе с отработавшими газами.

Для ДВС характерна низшая теплота сгорания.

Низшую теплоту сгорания в лабораторных условиях определяют с помощью специальных формул (расчётным путём

4. Температура вспышки и самовоспламенения. Понятие о средней пробе топлива

Температура вспышки ― температура, при которой нагреваемое топливо на воздухе воспламеняется при соприкосновении с открытым огнём.

Температура самовоспламенения ― температура, при которой топливо воспламеняется без постороннего источника огня.

Средней пробой топлива называют небольшое количество взятого для исследования топлива, которое по своему составу и свойствам отражает средний состав и свойства всей данной партии. Среднюю пробу жидкого топлива берут специальным пробоотборщиком при его приеме, отпуске, хранении из резервуаров, бочки, топливного бака и т.д.

На примере горизонтального резервуара:

Среднюю пробу составляют из индивидуальных проб, взятых с трёх уровней: верхнего (200 мм от поверхности), среднего и нижнего (250-300 мм ото дна). Пробы смешивают и отбирают среднюю. Уровень воды определяют, опуская в резервуар измерительную линейку, нижняя часть которой покрыта водо-чувствительной пастой. По высоте пасты судят об уровне воды.

Контрольные вопросы

1. Какие агрегатные состояния топлива вы знаете?
2. Назовите два вида источников энергии и их составляющие.
3. Как иначе называют негорючую часть топлива?
4. В чём отличие температуры вспышки от температуры самовоспламенения?
5. Что представляет собой стехиометрический состав смеси?