Вязкость светлых нефтепродуктов и дизельных топлив

Вязкость и состав светлых нефтепродуктов и дизельныхтоплив

Применение моторных топлив определяется главным образом их теплотворной способностью и свойствами, регулирующими режим сгорания в двигателе внутреннего сгорания. Тем не менее механические свойства этой группы нефтепродуктов имеют существенное техническое значение, особенно для керосинов и дизельных топлив. Вязкость и температура застывания последних нормируются в стандартах.

Бензины составляют наименее вязкую группу нефтепродуктов. Их механические свойства, как правило, не вызывают каких-либо осложнений в процессе эксплуатации и поэтому не привлекают внимания потребителей и технологов. Исключение составляют некоторые специальные топлива, как, например, пиро-бензольные смеси, которые обладают повышенной температурой застывания. Возникновение статического предельного напряжения сдвига служит препятствием для применения таких топлив при низких температурах. В технических условиях предусмотрен специальный зимний пиробензол с температурой застывания не выше —32° (ТУ 177-45). Температура застывания авиационных бензинов должна быть не выше —60° (ГОСТ 1012-44; ВТУ ВКС 8/IX 1944 г.). Для бензинов этой марки, содержащих пиробензол, бензол и алкилбензол, температура застывания проверяется при сдаче и приеме продукта.

Вязкость бензинов влияет на скорость поступления топлива к двигателю по топливопроводу и в меньшей степени на его распыление в карбюраторе. Но эти процессы обычно протекают при турбулентном режиме, что снижает значение вязкости . Вместе с тем вязкость различных марок бензинов колеблется в узких пределах, не превышающих, как правило, 0,3—0,7 сп при 20°, что позволяет при конструировании бензопроводов и карбюраторов считать ее постоянной. К этому можно добавить, что температурный коэфициент вязкости бензинов мал. У трех исследованных нами образцов бензина Б-70 отношение вязкости при —40° к вязкости при +20° не превышало 2,1.

Высота и постоянство пламени в керосиновой фитильной лампе зависят от количества горючего, поступающего через фитиль к месту горения. Подъем керосина по фитилю определяется его поверхностным натяжением, но скорость движения зависит от вязкости. Еще в начале текущего столетия А. И. Степанов на основании обстоятельного исследования горения ламп пришел к следующему соотношению

где Q —количество керосина, поднимающегося по фитилю на определенную высоту в единицу времени; а—поверхностное натяжение керосина на границе с воздухом; г —вязкость керосина; А —постоянная, в которую входят высота поднятия керосина в фитиле и его удельный вес.

Удельный вес и поверхностное натяжение керосинов на границе с воздухом довольно постоянны, в то время как вязкость, вследствие колебания температуры, может меняться довольно значительно. Л. Г. Гурвич придает температурной зависимости вязкости керосина большое значение и считает, что она оказывает значительное влияние на режим горения лампы. Так, уменьшение вязкости вследствие нагревания частично компенсирует понижение уровня керосина в лампе. Плохое горение керосина в лампах на холоде зависит от высокой вязкости горючего, обусловливающей замедленный подъем его по фитилю. Наконец, уменьшением вязкости при нагревании объясняет тот факт, что лампа, зажженная полным пламенем, вскоре начинает коптить. Вязкость осветительных керосинов не нормируется, однако, учитывая ее роль, уместно включить этот показатель в стандарт.

Вязкость является одним из наиболее важных свойств дизельных топлив. У быстроходных дизелей она, наряду с цетановым числом, регулирует процесс сгорания топлива.

Конструкция дизелей предусматривает впрыск топлива в камеру сгорания во время одного из тактов двигателя. Горение топлива происходит в течение очень короткого периода и полнота его сгорания зависит от полноты использования воздуха в камере. Последнее обеспечивается глубиной проникновения топлива в камеру сгорания и степенью ее распыления . Оптимальная дальнобойность впрыскнутой струи является такой, при которой топливо долетает до самых отдаленных частей камеры, но не ударяется о ее стенки. Распыление топлива способствует сгоранию благодаря увеличению площади контакта жидкости с воздухом и повышению скорости ее испарения.

Как глубина проникновения топлива, так и степень его распыления в сильной степени зависят от вязкости . Время распада струи, а, следовательно, глубина ее проникновения в камеру сгорания возрастает с увеличением вязкости топлива. Некоторые опыты показывают, что в зависимости от величины последней время существования нераспавшейся струи может меняться в 20—30 раз. При прочих равных условиях средний диаметр капель распыленного топлива увеличивается с увеличением ее вязкости.

Скорость подачи топлива по топливоподающей системе к форсунке является функцией вязкости. Очевидно, что слишком вязкое топливо будет поступать в камеру сгорания в недостаточном количестве. С другой стороны, слишком низкая вязкость топлива может привести к недостаточной герметичности камеры сгорания в отношении проникновения газов через неплотности соединений форсунок.

Вязкость дизельных топлив не может быть снижена ниже допустимых пределов также потому, что у дизелей топливо одновременно играет роль смазки для плунжерного насоса. Эта ответственная и дорогостоящая деталь быстро изнашивается при работе на топливе с малой смазочной способностью.

В соответствии с этим принимается, что вязкость дизельных топлив должна укладываться в определенных пределах. Стандартами и техническими условиями допускается применение дизельных топлив для быстроходных дизелей с v20 от 2,5 до 8,5 ест.

Однако вопрос о допустимых пределах вязкости дизельных топлив нельзя считать вполне выясненным. Специальные испытания керосина, газойлей и соляровых дестиллатов, проведенные на плунжерных насосах трактора Сталинец 65, показали, что колебания вязкости топлив от 5,1 до 26 ест при 20° существенно не отражаются на износе и производительности насосов и качестве работы топливной аппаратуры . Изменение вязкости дизельных топлив в пределах, предусмотренных стандартом, мало влияет на расход горючего во время работы двигателя. Данные испытания дизельных топлив на тракторах ЧТЗ-С-85, проведенного Я. В. Шестопалом , показывают, что влияние изменений нагрузки двигателя на расход горючего перекрывает влияние различий в вязкости топлив. Эти и аналогичные испытания привели к заключению, что в качестве дизельного топлива для быстроходных дизелей могут применяться менее вязкие фракции нефти, чем предполагалось раньше, и в последнее время наметилась тенденция к переходу на маловязкие топлива для зимних условий. С другой стороны, в качестве топлива, для тихоходных дизелей применяются вязкие нефтепродукты.

Вязкость осветительных керосинов и дизельных топлив, так же как и других нефтепродуктов, зависит от их химического и фракционного состава. Состав в свою очередь связан с нефтью, из которой отогнаны рассматриваемые продукты. В табл. 26 приведены значения вязкости некоторых отечественных топлив, полученных из нефтей кавказских месторождений (по данным Д. Л. Гольд-штейна и Г. Д. Бернштейна), и в табл. 27 —для топлив из нефтей месторождений Второго Баку .

В соответствии с общим характером зависимости вязкости отдельных классов углеводородов от их структуры  вязкость керосинов и дизельных топлив парафиновой основы ниже, чем вязкость тех же нефтепродуктов нафтеновой и ароматической основ.

Вязкость возрастает с увеличением температуры кипения фракций топлив. По этой причине фракционный состав значительно влияет на вязкость технических топлив. У топлив близкого состава повышение содержания фракций, выкипающих выше 300 или 350^е, обусловливает увеличение вязкости. Накопление высококипящих фракций приводит и к возрастанию удельного веса. Поэтому более тяжелые топлива обладают и более высокой вязкостью (см. табл. 26 и 27), но из этого общего правила есть много исключений, связанных с влиянием химического состава.

Влияние фракционного состава объясняется связью между молекулярным объемом, температурой кипения и вязкостью, которая наблюдается в гомологических рядах углеводородов. Высококипящие топлива содержат больше углеводородов с относительно высоким молекулярным объемом, чем низкокипящие, что и обусловливает их повышенную вязкость.

Соответствующим отбором фракций нефти при изготовлении дизельного топлива можно изменять их вязкость в довольно широких пределах. Помимо этого, дизельные топлива в случае необходимости могут разжижаться более легкими нефтепродуктами или загущаться маслами.