технология использования воды, топлива, смазки

С. В. Гаврилов
ТЕХНОЛОГИЯ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДЫ,
ТОПЛИВА, СМАЗКИ
Петропавловск-Камчатский
2003
Государственный комитет Российской Федерации по рыболовству
Камчатский государственный технический университет
Кафедра судовых энергетических установок
ТЕХНОЛОГИЯ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДЫ,
ТОПЛИВА, СМАЗКИ
Методическое пособие к практическим занятиям
для курсантов и студентов
специальности 240500 «Эксплуатация судовых
энергетических установок»
2
Петропавловск-Камчатский
2003
УДК 629.5
ББК 39.455.11
Г12
Рецензент:
С. Ю. Широносов,
доцент кафедры судовых энергетических
установок КамчатГТУ
Гаврилов С.В.
Г12
Технология использования воды, топлива, смазки:
Методическое пособие к практическим занятиям для курсантов
и студентов специальности 240500 «Эксплуатация судовых
энергетических установок». – 2-изд., перераб. – ПетропавловскКамчатский: КамчатГТУ, 2003. – 40 с.
Табл. 17, ил. 15.
Методическое пособие предназначено в качестве руководства по
выполнению практических занятий по курсу «Технология
использования воды, топлива, смазки» для курсантов мореходного
факультета и студентов заочного факультета, обучающихся по
специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических
установок».
Текст каждого практического занятия включает краткие
теоретические сведения, методики решения задач, связанных с
использованием топлив и смазочных масел в СЭУ, необходимый
справочный материал. В конце занятий приведен перечень
контрольных вопросов, использующихся для закрепления пройденного
материала.
Пособие обсуждено и одобрено на заседании кафедры судовых
энергетических установок (протокол № 7 от 6 февраля 2003 г.).
УДК 629.5
ББК 39.455.11
3
© КамчатГТУ, 2003
© Гаврилов С.В., 2003
4
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ТОПЛИВОПОДГОТОВКИ
В СУДОВЫХ УСЛОВИЯХ
Цель занятия: приобретение навыков определения основных физико-химических показателей
топлив и топливных смесей, используемых в судовых энергетических установках.
В процессе топливоподготовки на судне решается ряд задач, среди которых можно выделить
следующие:
– определение физико-химических показателей топлив и их смесей;
− приготовление топливных смесей с заданными параметрами (плотностью, вязкостью,
концентрацией какого-либо из компонентов);
− определение требуемой температуры подогрева средне- и высоковязких топлив и топливных смесей
на различных участках топливной системы и прочие.
Решение отдельных задач топливоподготовки может осуществляться расчетным путем или с
использованием номограмм.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТОПЛИВА
Знание плотности топлива необходимо для оценки его количества, полученного или находящегося на
борту судна, а также для подбора оптимального диаметра гравитационного диска центробежного
сепаратора.
Единицей измерения плотности топлива, используемой в международной системе СИ, является
кг/м3 (г/см3). Иногда плотность указывается в градусах Американского нефтяного института (API),
35
принятых в качестве единицы измерения в США. Связь между указанными единицами выражается при
помощи зависимости
API = 141,5/ρ15 − 131,5,
где
ρ15 − плотность топлива при температуре 15,5 оС, г/см3.
В паспорте качества топлива (сертификате) его плотность указывается при определенной
температуре: 20, 50 или 80 оС. В cертификатах на зарубежное топливо его плотность приводится при
температуре 60 оF (15,5 оС). Перевод градусов Цельсия (оС) в градусы Фаренгейта (оF) и наоборот
производится при помощи соотношений
С = 5/9 (оF − 32) или оF = (9/5оС) + 32.
Для определения количества топлива, принятого на борт судна, следует находить его плотность при
температуре приемки, которая может существенно отличатся от указанной в сертификате. Для сравнения
фактической плотности и названной в сертификате следует привести фактическую плотность,
определенную экспериментально, к температуре, указанной в сертификате.
Приведение плотности осуществляется по формуле
о
где
ρt1 = ρt + y(t – t1),
ρt1 – плотность топлива, приведенная к температуре, указанной в паспорте качества, кг/м3;
ρt – плотность топлива, найденная анализом, кг/м3;
y – температурная поправка, кг/(град⋅м3), зависящая от плотности топлива, табл. 1.1;
t – температура пробы топлива, оС;
t1– температура приведения, оС.
Плотность г/см3
Поправка y
36
0,69–0,739
0,0009
0,74–0,819
0,0008
0,82–0,889
0,0007
0,98–0,969
0,0006
>0,97
0,0005
(1)
Таблица 1.1
Определение плотности при любой температуре по известной паспортной плотности производится по
выражению
ρt = ρt1 – y(t1 – t).
(2)
Используя выражение (2), можно построить номограмму зависимости плотности топлива от
температуры, рис. 1.1.
Рис. 1.1. Зависимость плотность топлива от температуры
37
Объем полученного или выданного в ходе бункеровки топлива может быть определен при любой
температуре с использованием поправочных коэффициентов, величины которых приведены в табл. 1.2
(данные фирмы «Шелл» [8]).
Таблица 1.2
Плотность,
г/см3
0,829–0,833
0,834–0,838
0,839–0,843
0,844–0,848
0,849–0,854
0,855–0,859
0,860–0,869
0,870–0,876
0,877–0,882
0,883–0,893
0,894–0,902
Коэффициент
0,00084
0,00083
0,00082
0,00081
0,00080
0,00079
0,00078
0,00077
0,00076
0,00075
0,00074
Плотность,
г/см3
0,903–0,912
0,913–0,925
0,926–0,937
0,938–0,955
0,956–0,970
0,971–0,982
0,983–0,997
0,998–1,005
1,006–1,015
1,106–1,020
1,021–1,030
Коэффициент
0,00073
0,00072
0,00071
0,00070
0,00069
0,00068
0,00067
0,00066
0,00065
0,00064
0,00063
Эти коэффициенты определены с наибольшей точностью при температуре 50–70 оF (10–20 оС).
Точность данных табл. 2.1 снижается с расширением предела температур, при которых они
используются. Поэтому температура, при которой определяется плотность топлива, должна быть как
можно ближе к температуре, при которой плотность является искомой. При большой разнице температур
поправка на объем определяется следующим образом.
ПРИМЕР. Объем полученного топлива класса MGO (морской газойль) определяется в 52 550 литров при
температуре 38 оС, а его плотность равна 0,839 г/см3 при 24 оС. Требуется определить объем принятого топлива при
температуре 15,5 оС (60 оF).
38
В данном случае необходимо внести поправку в объем топлива при большой разнице температур 38 – 15,5 =
22,5 оС. Для этого следует вначале при помощи выражения (1) и табл. 1.1 определить плотность топлива при
температуре 15,5 оС:
0,839 + 0,0007(24 – 15,5) = 0,845 г/см3,
а затем по найденной плотности при помощи табл. 1.2 определить поправочный коэффициент, величина которого в
рассматриваемом случае составляет 0,00081 на 1 оС. Тогда уменьшение объема принятого топлива равно
52 550(0,00081⋅22,5) = 957,7 л.
Таким образом, объем топлива при температуре 15,5 оС составит:
52 550 – 957,7 = 51 592,3 л.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ТОПЛИВА
Вязкость представляет собой свойство жидкости сопротивляться ее течению. Вязкость топлива в
общем случае не связана с его качеством. Выбор сорта топлива только по вязкости может быть
ошибочным, потому что более тяжелое топливо может иметь лучшее качество. Наиболее широко
используемыми сортами в зарубежной практике являются топлива IFO-180 и IFO-380. Они отвечают
требованиям стандарта ISO 3217:1987, соответствующим классам RME 25 и RMG 35.
Наиболее экономичным топливом для применения в СЭУ является сорт с наивысшей вязкостью,
который может храниться, перекачиваться и обрабатываться в судовой системе топливоподготовки.
В зависимости от места бункеровки, вязкость топлива в его сертификате может указываться в
различных единицах измерения. В Англии наиболее часто вязкость выражается в секундах Редвуда № 1
(cRI). В США вязкость мало- и средневязких топлив выражается в секундах Сейболта универсальных
(cSU).
39
Вязкость топлива указывается при температурах 15,5, 20, 50 или 80 оС. Для решения задач
топливоподготовки в судовых условиях следует определять вязкость топлива при различных
температурах. Для этого используют номограмму, выражающую зависимость вязкости топлива от его
температуры, рис. 1.3. Порядок использования этой номограммы показан на рис. 1.2 и сводится к
следующему.
1. Для определения вязкости топлива определенного сорта при заданной температуре необходимо
провести вертикальную линию через отметку температуры (точка 1) до пересечения с линией,
показывающей зависимость вязкости данного топлива от температуры (точка А). Горизонтальная прямая,
проведенная из точки А до пересечения с осью ординат (точка 2), показывает искомую вязкость.
Рис. 1.2. Порядок использования номограммы для определения
вязкости топлива в зависимости от его температуры
При необходимости, полученную вязкость, выраженную в сСт, можно выразить в других единицах
измерения. Такой перевод производится с использованием табл. 1.3.
Таблица 1.3
40
Вязкость топлива в различных единицах при постоянной температуре
Вязкость
cRI
ν, сСт
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
28,5
30,0
31,0
32,0
33,0
34,5
35,5
37,0
38,0
39,5
41,0
42,0
43,5
45,0
cSU
ν, сСт
Вязкость
cRI
–
–
–
34,4
36,0
37,6
39,1
40,7
42,3
43,9
45,5
47,1
48,7
50,3
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0
10,5
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
46,0
47,5
49,0
50,5
52,0
53,3
55,0
58,0
61,0
64,5
68,0
71,5
75,0
78,5
cSU
52,0
53,7
55,4
57,1
58,8
60,6
62,3
66,0
69,6
73,3
77,2
81,1
85,1
89,2
ν, сСт
Вязкость
cRI
сSU
19,0
20,0
22,0
24,0
26,0
28,0
30,0
32,0
35,0
40,0
45,0
50,0
56,0
60,0
82,0
86,0
93,0
101
109
117
125
133
144
164
185
205
229
245
93,3
97,5
106,0
114,6
123,3
132,1
140,9
149,7
163,2
185,7
208,4
231,4
259,0
277,4
При более высоких значениях кинематической вязкости перевод вязкости из одних единиц в другие
осуществляется по формулам:
ВУ = 0,132ν; cRI = 4,05ν; cSU = 4,62ν; ν = 0,247cRI;
о
ВУ = 0,0326cRI; cSU = 1,14cRI.
2. Если требуется определить вязкость топлива, не отмеченного на номограмме, следует вначале
построить зависимость его вязкости от температуры. Для этого следует нанести на номограмму точку В,
соответствующую вязкости, указанной в сертификате на топливо при температуре 20, 50 или 80 оС.
Затем через точку В необходимо провести прямую 4, параллельную имеющимся, показывающую
зависимость вязкости искомого топлива от температуры. Определение вязкости этого топлива при
произвольной температуре производится аналогично рассмотренному выше.
о
41
3. Используя номограмму зависимости вязкости топлива от температуры, можно устанавливать
соответствие отечественных сортов топлив зарубежным. Для этого следует провести через отметку
температуры 50 оС вертикальную линию до пересечения с линией рассматриваемого топлива (точка С).
Горизонтальная прямая, проведенная из полученной точки до пересечения с осью ординат, покажет
вязкость рассматриваемого нефтепродукта в сСт (точка 5). Вязкость остаточных топлив зарубежного
происхождения при температуре 50 оС указана в их обозначении. Например, обозначение IFO-180
соответствует остаточному топливу (промежуточному мазуту) вязкостью 180 сСт при температуре 50 оС.
Рис. 1.3. Номограмма для определения вязкости топлива
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОДОГРЕВА ТОПЛИВА
Для обеспечения перекачиваемости, качественного распыливания форсунками котлов и дизелей, а
также для предотвращения застывания в цистернах запаса вязкие топлива подогревают. Температура
42
подогрева устанавливается в зависимости от требуемой вязкости. Выбор температуры подогрева топлива
в различных участках топливной системы производится исходя из следующих соображений:
– в цистернах основного запаса – для обеспечения его подвижности (предотвращения выпадения
парафина): не менее, чем на 5–8 оС выше температуры помутнения. Экономически оправданным
пределом перекачивания жидкостей судовыми насосами считается вязкость, не превышающая 800–900
сСт;
– перед сепараторами топлива – до температуры, обеспечивающей вязкость не выше 30–37 сСт.
Рекомендуемые температуры подогрева топлива перед сепаратором приведены в табл. 1.4.
Таблица 1.4
Вязкость
топлива, сСт
при 50оС
до 30
40
60
100
Температура
подогрева, оС
70–98
80–98
80–98
90–98
Вязкость
топлива, сСт
при 50оС
180
380
460
600
Температура
подогрева, оС
90–98
98
98
98
Подогрев топлива при сепарировании до температуры, превышающей 98 оС, недопустим из-за
возможного нарушения плотности водяного затвора в сепараторе;
– в отстойных топливных цистернах температура подогрева топлива составляет 50–70 оС и выше (в
зависимости от его плотности). Максимальная температура подогрева топлива в цистерне, связанной с
атмосферой, в соответствии с требованиями Российского Морского Регистра Судоходства должна быть
ниже температуры вспышки не менее чем на 10 оС;
– в расходных топливных цистернах температура топлива обычно принимается на 10–20 оС меньше
требуемой конечной температуры перед форсунками котлов или дизелей. При этом также должно
учитываться указанное выше требование по выбору максимально допустимой температуры подогрева;
43
– перед форсунками котлов или дизелей – для обеспечения качественного распыливания топлива его
вязкость должна составлять 10–17 сСт. Верхний допустимый предел вязкости перед форсунками
составляет 29–37 сСт.
Необходимая температура подогрева топлива выбирается при помощи номограммы, рис. 1. 3,
следующим образом. Из точки требуемой вязкости 6 на оси ординат нужно провести горизонтальную
прямую до пересечения с соответствующим графиком. Вертикальная линия, проведенная из полученной
точки через ось абсцисс, покажет требуемую температуру подогрева t1. При заданных границах вязкости
топлива (например, перед соплами распылителей форсунок) 7 и 8, диапазон температур подогрева,
обеспечивающих качественное распыливание, определится как Δt.
4. ОЦЕНКА ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТИ ТОПЛИВА
Воспламеняемость топлива определяет пусковые и маневренные качества двигателя. Низкая
воспламеняемость может вызывать трудности при пуске двигателя и работе на переменных нагрузках.
Показателями воспламеняемости дистиллятных топлив являются цетановое число, цетановый и
дизельный индексы. Первый показатель определяется при помощи лабораторной установки, два
последующих рассчитываются при помощи эмпирических зависимостей.
Остаточные топлива являются смесями различных компонентов. Их воспламеняемость зависит от
фракционного и химического составов. Особую роль играет присутствие в топливе ароматических
углеводородов. В процессе испытаний было выяснено, что содержание ароматических углеводородов в
топливе хорошо согласуется с функцией, зависящей от его плотности и вязкости. Эта функция получила
называние «Расчетный индекс углеродной ароматичности», РИУА (в англоязычной терминологии
Саlculated Carbon Aromatically Index, CCAI). Значение этого индекса определяется по формуле
ССIA = ρ15 – 81 – 141lglg(ν50 + 0,85),
где
44
ρ15 – плотность топлива при 15 оС, кг/м3;
ν50 – кинематическая вязкость при 50 оС, сСт.
Величина CCAI может быть определена при помощи номограммы, представленной на рис. 1.4 [7].
Рис. 1.4. Номограмма для определения CCAI
Величина CCAI, меньшая 850, свидетельствует о надежной самовоспламеняемости топлива, 850–
875 – удовлетворительной, а более 875 – характеризует затрудненное самовоспламенение. По величине
CCAI можно судить о воспламеняемости топлива, что в свою очередь связано с кажущимся цетановым
числом. Значение CCAI, равное 875, представляет кажущееся цетановое число в диапазоне 18–20, а
45
значение CCAI, равное 850, соответствует кажущемуся цетановому числу в диапазоне 29–31.Чем меньше
CCAI, тем больше величина кажущегося цетанового числа.
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТОПЛИВНОЙ СМЕСИ
Топливные смеси могут изготавливаться в том случае, если параметры принятого на борт судна
топлива не соответствуют требованиям производителей дизелей. Использование топливных смесей
может давать значительный экономический эффект за счет более низкой стоимости компонента с
высокой вязкостью.
Процесс приготовления топливной смеси включает в себя следующие операции: определение
требуемой пропорции смешения, проверку стабильности (например, методом «пятна»), контроль
сохранения требуемой пропорции в ходе смешивания.
В соответствии с ОСТ 9872-81 для дизелей рыбопромысловых судов допускается применение
следующих смесей топлив:
– мазутов по ГОСТ 10585-75 с дизельным топливом марки Л по ГОСТ 305-82;
– моторного топлива ДТ или ДМ по ГОСТ 1667-68 с дизельным топливом марки Л по ГОСТ 305-82;
– мазутов по ГОСТ 10585-75 с моторным топливом марки Л по ГОСТ 1667-68;
– зарубежного промежуточного топлива со всеми марками отечественных топлив;
– зарубежных промежуточных топлив.
46
Степень самовоспламеняемости топливной смеси определяется по номограмме для нахождения CCAI,
рис. 1.4. Все заданные значения вязкостей компонентов смеси должны быть указаны при одинаковой
температуре. В случае невыполнения этого условия, вязкость компонентов определяется при
температуре, при которой задана вязкость смеси (например, при 50 оС) при помощи номограммы,
представленной на рис. 1.3. Вязкости компонентов смеси откладываются на левой и правой шкалах
номограммы, показанной на рис. 1.5 (точки А и В), полученные точки соединяют прямой.
Рис. 1.5. Определение вязкости топливной смеси
Прямая АВ показывает изменение вязкости смеси при различных содержаниях в ней более вязкого
компонента (от 0 до 100 %). На горизонтальной шкале откладывают величину заданной концентрации в
47
смеси более вязкого компонента и проводят вертикальную линию. Точка С покажет вязкость смеси при
температуре приведения.
Определение концентрации компонентов в смеси по заданной вязкости смеси производится
следующим образом:
– из точки D проводят горизонтальную прямую до пересечения с прямой АВ;
– из полученной точки Е опускают вертикальную прямую до пересечения с горизонтальной шкалой,
на которой будет отмечено искомое процентное содержание в смеси более вязкого компонента.
Плотность топливной смеси при заданной концентрации ее компонентов или содержание в ней более
48
плотного компонента для получения заданной плотности смеси
рассмотренному выше при помощи номограммы, показанной на рис. 1.6.
определяется
аналогично
Рис. 1.6. Определение плотности топливной смеси
Cодержание в топливе или смеси серы является одним из факторов, определяющих возможность их
использования в двигателях. Содержание серы в высоковязких бункерных мазутах и смесях может
достигать 3,5–5 %. В связи с этим при выборе масел для смазки двигателей по ОСТ 15.129-86
содержание серы в топливной смеси следует определять по номограмме, представленной на рис. 1.7 [5].
Рис. 1.7. Номограмма для определения содержания серы
в топливной смеси
Номограмма может быть использована для определения состава топливной смеси при заданном в ней
содержании серы.
Для определения температуры вспышки топливной смеси следует использовать номограмму,
показанную на рис. 1.8.
49
Рис. 1.8. Номограмма для определения температуры вспышки
топливных смесей (в закрытом тигле)
Работа с ней осуществляется в следующем порядке:
– на первой части номограммы проводят прямую, соединяющую точки температур вспышки топлив,
входящих в состав смеси. На вертикальной шкале откладывают процентное содержание в смеси более
легкого топлива и из этой точки (А) проводят отрезок до пересечения с прямой (точка В). Отрезок ВС
покажет температуру вспышки смеси топлив без учета температурной поправки;
– величина температурной поправки определяется при помощи второй и третьей частей номограммы.
Из точки D, соответствующей процентному содержанию более тяжелого топлива, проводится отрезок до
пересечения с кривой (точка Е). Из точки Е проводится горизонтальный отрезок до пересечения с
наклонной линией, соответствующей разности температур вспышек компонентов смеси (точка F). Из
50
этой точки опускают перпендикуляр на горизонтальную шкалу и определяют величину температурной
поправки (точка I);
– температура вспышки топливной смеси tсм, оС, равна разности температуры, полученной в точке С,
и температурной поправки, то есть tсм = tв – Δt.
6. ЗАДАНИЕ
В соответствии с вариантом, приведенным в табл. 1.5, решить следующие задачи топливоподготовки.
1. Определить расчетным путем и графически плотность топлива А при температурах 20 и 50 оС,
плотность топлива В – при температурах 50 оС и 176 оF. Выразить плотность топлив А и В в градусах
API.
2. Определить, насколько (в %) изменится удельный объем топлив А и В при увеличении их
температуры от 12 до 33 оС.
3. Определить условную (оВУ) и кинематическую (сСт) вязкости топлив А и В при температурах 50 и
о
80 С соответственно. Используя табл. 1.3, выразить вязкость указанных топлив в секундах Редвуда № 1
(cRI) и секундах Сейболта универсальных (cSU). Найти вязкость смеси топлив А и В при температурах
50 и 80 оС.
4. Найти температуру подогрева топлив А и В, достаточную для:
– перекачки топлив насосами из цистерн запаса;
– предупреждения вспышки в емкости, связанной с атмосферой;
– обеспечения качественного распыла в дизелях и котлах.
5. Определить величину расчетного индекса углеродной ароматичности CCAI топлив А и В, оценить
возможность их применения в судовых дизелях.
6. Определить для смеси в заданной пропорции топлив А и В ее основные физико-химические
показатели:
– степень самовоспламеняемости;
51
– температуру вспышки;
– содержание серы;
– плотность при 50 и 80 оС.
7. Найти концентрацию компонентов А и В в смеси для получения следующих физико-химических
показателей:
– кинематической вязкости 12 и 20 сСт при 50 оС;
– плотности, равной 880 и 930 кг/м3 при 50 оС;
– содержания серы 1,0 и 1,5 %.
ПРИМЕЧАНИЕ: Физико-химические показатели топлив А и В приведены в приложении (табл. П.1–П.5).
7. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Оформление отчета по практическому занятию производится в ученической тетради объемом 12
листов. Отчет должен включать:
– исходные данные (сорта топлив А и В по табл. 1.5, их основные физико-химические показатели);
– условия и краткое описание методики решения отдельных задач топливоподготовки, схемы,
поясняющие порядок использования номограмм;
– результаты определений и расчетов, выводы.
Таблица 1.5
Вариан
т
1
2
3
4
5
52
Топливо А (менее вязкое)
содержание в
марка
смеси, %
Л
20
З
25
М1
30
DMX
40
DMA
10
Топливо В (более вязкое)
содержание в
марка
смеси, %
М4
80
М5
75
М6
70
М7
60
М8
90
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
СМТ
DMC
M2
M3
Л
М3
М1
М3
М4
Л
DMX
DMA
DMB
СМТ
Л
М1
М2
DMC
DMX
DMA
15
30
40
50
60
20
30
40
50
60
10
15
25
20
30
30
20
40
30
40
85
М9
70
М10
60
М11
50
М12
40
Ф12
80
RMH35
70
RME25
60
RMH45
50
RMH55
40
Ф12
90
Ф5
85
40
75
100
80
40
70
100
70
RMH55
80
RMH45
60
Ф5
70
Ф12
60
100
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите марки отечественных маловязких топлив и их заменителей. Укажите их зарубежные
эквиваленты.
2. Какими марками представлен ассортимент отечественных средневязких топлив? Назовите их зарубежные
аналоги.
3. Назовите сорта отечественных высоковязких топлив. Какие импортные топлива являются их заменителями?
4. Как производится изготовление топливных смесей? Как осуществляется проверка совместимости топлив,
образующих смесь? Какие топлива могут быть несовместимы?
53
5. Каким образом назначается температурный режим на различных участках судовой топливной системы?
6. Укажите, какие факторы оказывают влияние на самовоспламеняемость топлив? Как самовоспламеняемость
влияет на работу судового дизеля?
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 2
ОБРАБОТКА ТОПЛИВА И МОТОРНОГО МАСЛА
Цель занятия: изучение приемов очистки топлив и смазочных масел от механических примесей и
воды. Знакомство с методиками выбора режима работы и определения параметров оборудования
топливных и смазочных систем.
1. ОТСТАИВАНИЕ ТОПЛИВА
Отстаивание является самым простым методом очистки топлива. В настоящее время он утрачивает
свое значение и используется как вспомогательный для более современных способов. Очистка топлива
путем отстаивания является эффективной только для топлив с вязкостью не выше 20 сСт. Качество
отстаивания зависит от времени процесса; температуры, высоты столба и плотности топлива; состояния
моря. Ориентировочное время отстаивания может быть определено при помощи номограммы,
представленной на рис. 2.1 [3].
Эффективность отстаивания характеризуется величиной коэффициента σ, показывающего степень
удаления из топлива примесей. Как следует из номограммы, для мазута IFO-60 (кинематическая вязкость
60 сСт при 50 оС) при температуре 65 оС эффективность отстаивания топлива в цистерне с высотой
уровня Н=5 м в течение 24 часов по воде составит σ = 0,19 (19 %), по механическим примесям – σ = 0,1
54
(10 %). Эффективность отстаивания ограничивается предельно допустимой температурой подогрева
топлива в отстойной цистерне.
Рис. 2.1. Номограмма для определения времени отстаивания топлива
2. СЕПАРИРОВАНИЕ ТОПЛИВА
Качественная очистка топлива от механических примесей и воды осуществляется сепараторами,
работающими по одноступенчатой или двухступенчатой схеме в режиме пурификации. Время работы
сепараторов определяется суточной потребностью в топливе. После одноступенчатой сепарации среднеи высоковязких топлив содержание воды в них должно быть не более регламентированного ОСТ
15.360-86 [5]:
– топливо дизельное Л – 0,05 %;
– топливо моторное ДТ и ДМ – 0,20 %;
– мазут флотский Ф12 и мазут топочный – 0,50 %.
55
При превышении указанных значений содержания воды в топливе необходимо проводить
двухступенчатое сепарирование. Его же в режиме пурификации следует проводить и в тех случаях, если
наблюдаются частые отказы топливной аппаратуры, вызванные высоким содержанием механических
примесей и смол в топливе. Выбор производительности сепараторов и температуры подогрева топлива
перед сепарированием производится по номограмме в соответствии с рис. 2.2.
Рис. 2.2. Определение температуры подогрева топлива перед
сепарированием (I) и производительности сепаратора (II)
Температура подогрева топлива, подаваемого в сепаратор, определяется его вязкостью. Температура
подогрева средне- и высоковязких топлив перед сепарированием должна быть не более 95–98 оС во
избежание нарушения водяного затвора. Для маловязких топлив температура подогрева не должна
превышать 35–40 оС. Наибольшая рекомендуемая производительность сепаратора также зависит от
вязкости топлива. Рекомендуемые производительность сепаратора и температура подогрева топлива
представлены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Вязкость жидкости,
сСт, при 50 оС
56
Температура
жидкости, оС
Производительность, %
от номинальной
менее 30
40
60
100
180
380
460
600
62
62
47
45
31
26
22
18
70–98
80–98
80–98
90–98
90–98
98
98
98
Интервалы между выпусками грязи из сепаратора устанавливаются экспериментально. Слишком
большие интервалы между разгрузками могут привести к уплотнению осадка в барабане. Уплотненный
осадок в процессе разгрузки может распределяться неравномерно, что может вызвать разбаланс барабана
сепаратора. Рекомендуемые временные интервалы между автоматической разгрузкой барабана
сепаратора типа ММРХ-304 фирмы «Alfa-Laval» указаны в табл. 2.2 [10].
Таблица 2.2
Вид
топлива
Дистилляты с вязкостью 1,5–6 сСт
при 40 оС (MGO)
Морские дизельные
топлива c
вязкостью до 13 сСт при 40 оС (MDO)
Тяжелые топлива (IFO)
Рекомендуемые интервалы
между разгрузками, ч
4
2
0,5
Если при осмотре установлено, что грязевое пространство сепаратора чистое, то интервалы между
разгрузками могут быть увеличены. Тем не менее, превышать максимальные интервалы, установленные
изготовителем, не допускается. Если грязевое пространство загрязнено, то интервалы между разгрузками
должны быть укорочены. Сепаратор должен регулярно осматриваться, особенно в том случае, если
изменялись сроки между разгрузками.
57
Когда две несмешивающихся жидкости (топливо и вода) находятся во вращающемся барабане
сепаратора, между ними образуется цилиндрическая поверхность раздела. При правильной настройке
сепаратора эта поверхность должна располагаться за пределами комплекта тарелок как можно ближе к
периферии барабана. Поверхность раздела перемещается внутрь комплекта тарелок при уменьшении
плотности, вязкости или расхода топлива или масла, а также при повышении его температуры. При этом
качество очистки ухудшается. В противоположных случаях поверхность раздела будет перемещаться
наружу от периферии барабана, в результате чего может быть нарушен водяной затвор. Для установки
затвора в правильное положение необходимо:
– правильно выбрать диаметр гравитационного диска в соответствии с плотностью жидкости, ее
вязкостью и расходом. Правильно подобранным считается наибольший диск, который может
использоваться без нарушения водяного затвора;
– обеспечить постоянный расход жидкости через сепаратор;
– поддерживать постоянную температуру жидкости в процессе сепарирования.
На рис. 2.3 показана номограмма для выбора диаметра гравитационного диска сепаратора ММРХ-304
58
фирмы «Alfa-Laval» [10].
Рис. 2.3. Номограмма для выбора диаметра гравитационного диска
сепаратора типа ММРХ-304
Подобные номограммы или таблицы содержатся в инструкциях по обслуживанию сепараторов.
Определение диаметра гравитационного диска при помощи этой номограммы производится следующим
образом. На левой части номограммы выбираются кривая, соответствующая плотности сепарируемого
топлива при 15 оС (60 оF), и требуемая температура подогрева. Из точки пересечения кривой плотности и
вертикалью, проведенной через шкалу температур, в сторону правой части номограммы направляют
горизонтальную прямую. Через отложенную на ординате правой части номограммы оптимальную
производительность сепаратора восстанавливают перпендикуляр до пересечения с горизонтальной
прямой. Точка пересечения определит требуемый диаметр гравитационного диска.
Качество очистки топлива будет выше, если будет использоваться гравитационный диск как можно
большего диаметра, не разрушающий водяного затвора и не вызывающий появления эмульсии в
выходящей воде. Номограмма, показанная на рис. 2.3, построена в предположении, что в топливе
присутствует пресная вода. Наличие в топливе морской воды может потребовать использования
гравитационного диска с большим диаметром, чем определенный по номограмме. Окончательно
требуемый диаметр диска уточняется опытным путем.
3. СЕПАРИРОВАНИЕ МОТОРНОГО МАСЛА
Обычным режимом работы масляного сепаратора является пурификация. Режим кларификации не
рекомендуется использовать по следующим причинам. Барабан сепаратора в этом случае может быстро
загрязняться осадком. Неравномерные отложения загрязнений могут стать причиной нарушения
уравновешенности барабана. При выпуске осадка из кларификатора наблюдается потеря масла. При
59
наличии в масле значительного количества воды в кларификаторе трудно обеспечить регулировку
эффективности очистки.
Рекомендуемая производительность сепаратора составляет – 30 %
от номинальной для
крейцкопфных малооборотных двигателей и 20 % для тронковых дизелей. Интервалы между выпусками
грязи из сепаратора устанавливается экспериментально. Основное влияние на интервалы между
разгрузками оказывают следующие факторы:
– вид применяемого в двигателе топлива;
– режимы эксплуатации двигателя;
– техническое состояние двигателя;
– вид и качество работающего смазочного масла.
Отраслевой стандарт ОСТ 15.129-86 «Масла моторные для дизелей судов флота рыбной
промышленности. Номенклатура. Порядок назначения и применения» устанавливает следующие правила
сепарирования моторных масел. Сепарирование масла начинается с момента запуска двигателя, задержка
начала не допускается. После ремонта дизеля или смены масла сепарирование начинают до пуска дизеля
при включенном циркуляционном насосе и периодическом проворачивании коленчатого вала. Очистка
масла должна продолжаться до прекращения повышенного загрязнения масляных фильтров.
Оптимальная производительность сепаратора должна составлять:
– для масел группы В – 30–50 % номинальной;
– для масел групп Г и Д – 20–30 % номинальной.
При уменьшении диспергирующей способности масла производительность сепаратора должна быть
увеличена в 1,5–2 раза по сравнению с оптимальной. В сочетании с регулярными доливками свежего
масла это позволят продлить срок его службы. Температура подогрева масла перед сепаратором должна
составлять 85–95 оС.
Продолжительность сепарирования масла должна составлять:
– для тронковых дизелей со смазкой цилиндров разбрызгиванием и «мокрым» картером 5–10 % от
продолжительности работы масла (коэффициент сепарации масла Ксеп = 0,05–0,1);
60
– для тронковых и крейцкопфных дизелей со смазкой цилиндров лубрикаторами и «сухим» картером
15–20 % от продолжительности работы масла (Ксеп = 0,15–0,2). Сепарирование масла производится
равномерными по продолжительности циклами, включающими в себя периоды действия и бездействия
сепаратора. Продолжительность действия сепаратора, часов, должна составлять:
– для работающего дизеля – Твкл = 3Vмс /Qопт;
– для неработающего дизеля – Твкл = 2Vмс /Qопт;
где
Vмс – оптимальная емкость системы смазки двигателя, м3;
Qопт – оптимальная производительность сепаратора, м3/ч.
Продолжительность бездействия сепаратора, часов, равна
Твыкл = Твкл (1 – Ксеп)/Ксеп,
где
Ксеп – коэффициент сепарации.
Рекомендуемые интервалы между разгрузками масляного сепаратора приведены в табл. 2.3.
Интервалы могут быть увеличены после того, как будет достигнута стабилизация основных показателей
качества масла. Они должны быть уменьшены в том случае, если сепаратор не действовал более 24 часов
при работающем двигателе.
Таблица 2.3
Вид
смазки
Циркуляционное масло крейцкопфных
двигателей
Циркуляционное
масло
тронковых
двигателей
Масло из уплотнительных полостей
крейцкопфных двигателей
Рекомендуемые интервалы
между разгрузками
1,0 час
0,5 часа
5 минут
Ручная очистка сепаратора должна производиться при увеличении толщины шлама в пакете тарелок
более чем на одну треть зазора между тарелками.
61
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ
ТОПЛИВНОЙ И МАСЛЯНОЙ СИСТЕМ
Расходные топливные цистерны. Объем расходной цистерны, м3, принимается кратным расходу
топлива за вахту, то есть должен быть не менее
V = (4geNek1k2)/ρ,
ge – средний удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт⋅ч);
Ne – номинальная мощность двигателя, кВт;
k1 – число вахт работы двигателя, 1–6 (большие значения характерны для более мощных
двигателей);
k2 – коэффициент загроможденности и мертвого запаcа, 1,07–1,1;
ρ – плотность топлива, кг/м3.
Объем расходной цистерны легкого топлива составляет около 15–20 % объема расходной цистерны
тяжелого топлива.
Отстойные цистерны. Объем отстойных топливных цистерн может быть определен по приведенной
выше формуле при k1 = 6.
Цистерны вспомогательного назначения. Объем этих емкостей устанавливается в зависимости от
мощности двигателей: на 1 000 кВт цистерны грязного масла и топлива должны иметь объем 0,1–0,3 м3;
цистерны сбора протечек топлива и масла – 0,03–0,1 м3. Объем цистерн сбора отходов сепарации должен
составлять 8–12 % суточного расхода топлива.
Подогреватели. Количество теплоты, которое необходимо подвести к топливу или маслу для
подогрева их до температуры, обеспечивающей заданную вязкость, составляет, кДж/ч
где
Q = GρC (t2 – t1),
где
62
3
G – расход жидкости, м /ч;
C – теплоемкость топлива или масла, 1,7–2,1 кДж/(кг⋅град);
t1, t2 – начальная и конечная температуры, оС.
Поверхность нагрева подогревателя, м2, равна
F = (1,1÷1,15)Q/(kΔt),
k – коэффициент теплопередачи, кДж/(м2 ⋅ч⋅град);
Δt – температурный напор, оС.
Для ориентировочных расчетов величина k при нагреве топлива или масла паром принимается равной
400–1 600 кДж/(м2 ⋅ч⋅град).
Температурный напор, оС, определяется по формуле
где
Δt = ts – 0,5(t2 – t1),
где
ts – температура насыщения греющего пара, оC.
Давление греющего пара, в соответствии с требованиями Морского Регистра Судоходства, не должно
превышать 0,7 МПа.
Расход пара через подогреватель, кг/ч, составит
Gп = Q/η(iп – iк ),
η – КПД подогревателя, 0,85–0,95;
iп, iк – энтальпия греющего пара и конденсата, кДж/кг.
Окончательно подогреватель подбирается по каталогу.
Топливоперекачивающие насосы чаще всего выполняются шестеренными или винтовыми. На
судне должно предусматриваться не менее двух топливоперекачивающих насосов. Производительность
насоса, м3/ч, должна быть не менее
где
Gн = 24(1,15÷1,18)geNe /(τρ),
где
63
τ – время перекачки суточного расхода топлива главным двигателем, 1–2 ч.
Мощность приводного двигателя насоса, кВт, равна
где
Nн = 0,278kн Gн H/ηн,
kн – коэффициент запаса мощности, уменьшающийся с ростом мощности, 1,1–1,5;
H – давление, создаваемое насосом, МПа, 0,25–0,6;
ηн – общий КПД насоса, 0,5–0,7.
Окончательно насос подбирается по каталогу.
5. ЗАДАНИЕ
1. В соответствии с вариантом задания, приведенным в табл. 2.4, решить следующие задачи
топливоподготовки:
– определить эффективность очистки топлив А и В (Практическое занятие 1) и их смеси от
механических примесей и воды отстаиванием;
– найти оптимальные производительность топливного сепаратора, температуру подогрева и
периодичность автоматической разгрузки барабана для обработки топлив А и В и их смеси;
– подобрать к сепаратору типа ММРХ-304 гравитационный диск, диаметр которого обеспечивает
качественную очистку указанных выше топлив.
2. Составить принципиальную схему общесудовой топливной системы и участка подвода тяжелого и
легкого топлив к двигателю, обосновать их состав. Определить требуемые объемы отстойных и
расходных цистерн тяжелого и легкого топлива, цистерн отходов сепарации и сбора протечек.
3. Определить
параметры
топливоподогревателей
и
топливоперекачивающих
насосов,
обслуживающих топливную систему;
4. Составить принципиальную схему циркуляционной системы смазки дизеля, показать на ней
включение устройств для очистки.
64
5. Подобрать оптимальный режим работы масляного сепаратора, обслуживающего систему смазки
двигателя:
– найти оптимальную производительность масляного сепаратора и температуру подогрева масла,
поступающего в сепаратор;
– определить продолжительность периодов действия и бездействия масляного сепаратора,
обслуживающего систему смазки главного или вспомогательного двигателя.
Схемы топливной и смазочной систем составляются в соответствии с типом двигателя,
рассмотренном в ходе курсового проектирования по дисциплине «Судовые ДВС и их эксплуатация».
Исходными данными для выполнения настоящего практического занятия являются:
– назначение двигателя (главный или вспомогательный);
– параметры двигателя (Ne, ge);
– марка смазочного масла, его физико-химические показатели;
– емкость масляной системы двигателя, м3;
– срок службы масла, ч.
Указанные данные принимаются в соответствии с техническим описанием двигателя и инструкцией
по его эксплуатации, выдаваемыми заводом-изготовителем, или из справочной литературы.
Таблица 2.4
Вариант
Высота
отстойной
цистерны, м
Время
отстоя,
ч
1
2
3
4
5
6
7
3
5
4
3
3
4
5
8,0
12,0
16,0
24,0
24,0
16,0
16,0
65
Вариант
Высота
отстойной
цистерны, м
Время
отстоя,
ч
14
15
16
17
18
19
20
5
6
6
3
3
5
5
8,0
16,0
8,0
24,0
16,0
16,0
8,0
8
9
10
11
12
13
4
5
5
3
2
4
24,0
16,0
12,0
8,0
8,0
16,0
21
22
23
24
25
4
3
4
5
4
8,0
24,0
24,0
16,0
12,0
6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен включать в себя:
– показатели качества топлив А и Б, их смеси и моторного масла, используемого в двигателе,
требуемые для решения задач по выбору режимов очистки;
– краткое описание методики решения указанных задач, схемы, поясняющие порядок использования
номограмм;
– принципиальную схемы системы приема, хранения и перекачки топлива, подачи топлива к
главному двигателю с указанием расхода, вязкости и температуры топлива на различных участках;
– принципиальную схему очистки моторного масла с указанием производительности очистителей и
температуры масла;
– результаты определений и расчетов;
– выводы на основе полученных результатов.
–
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назовите способы топливоподготовки. Кратко охарактеризуйте каждый их указанных способов.
2. Почему в СЭУ современных судов очистка топлива методом отстаивания во многих случаях не
предусматривается?
66
3. Назовите факторы влияющие на качество очистки топлива или смазочного масла в центробежных сепараторах.
4. Укажите виды режимов работы масляных и топливных сепараторов. Какие режимы для них предпочтительней
и почему?
5. Охарактеризуйте возможные способы включения топливных сепараторов. Какие факторы определяют схему
их соединения?
6. Какие последствия вызывает неправильный выбор диаметра гравитационного диска топливного или масляного
сепаратора?
7. Как определяется оптимальная производительность масляных и топливных сепараторов?
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА УСЛОВНОГО ТОПЛИВА
И МОТОРНОГО МАСЛА
Цель занятия: приобретение навыков решения задач по определению и нормированию расхода
топлива и смазочного масла для судовых двигателей.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
Теплота сгорания является одной из основных характеристик топлива, определяя его энергетическую
ценность. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. В теплотехнических расчетах используется
последняя, при определении которой не учитывается теплота конденсации водяных паров,
образовавшихся при сгорании топлива.
При известном элементарном составе топлива его низшая рабочая теплота сгорания, кДж/кг, может
быть определена по формуле Д. И. Менделеева
Qнр = 100(1256Hр + 339Cр + 109Sр – 109Oр – 25,14(9Hр + Wр)),
67
где Hр, Cр, Oр, Sр, Wр – содержание в топливе водорода, углерода, кислорода, серы и влаги в рабочей
массе топлива, выраженное в долях от единицы.
При отсутствии данных об элементарном составе топлива, его низшая теплота сгорания, кДж/кг,
может быть определена по выражению
Qнр = Q – 8,44ρ20,
где Q – теплота сгорания топлива, кДж/кг, определяемая по табл. 3.1;
ρ20 – плотность топлива, приведенная к 20 оС, кг/м3.
ρ20,
кг/м3
840–850
850–860
860–870
870–880
880–890
Q,
кДж/кг
49 614
49 572
49 530
49 488
49 446
ρ20,
кг/м3
890–900
900–910
910–920
920–930
930–940
Q,
кДж/кг
49 404
49 362
49 320
49 279
49 237
ρ20,
кг/м3
940–950
950–960
960–970
970–980
980–990
Таблица 3.1
Q,
кДж/кг
49 195
49 153
49 111
49 069
49 027
В зарубежной практике теплота сгорания топлива иногда выражается в Британских тепловых
единицах (БТЕ). Соотношение между БТЕ и используемой в системе СИ единицей Дж описывается
выражением:
1 БТЕ = 1055,06 Дж.
Определение величины низшей теплоты сгорания топлива по его известной плотности и содержанию
серы можно производить при помощи номограммы, составленной по данным фирмы «Saacke», рис. 3.1
[5]. Низшая теплота сгорания определяется следующим образом: из точки А на шкале плотности топлива
восстанавливается перпендикуляр до пересечения с наклонной линией, соответствующей содержанию в
топливе серы (точка В). Из точки В проводится горизонтальная прямая, которая пересечет шкалу Qн в
точке С, показывающей искомую величину.
68
Рис. 3.1. Определение низшей теплоты сгорания топлива
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА УСЛОВНОГО ТОПЛИВА
Нормирование расхода топлива для главных и вспомогательных
судовых двигателей и
вспомогательных котлов производится при помощи так называемого условного топлива. Низшая рабочая
теплота сгорания условного топлива принимается равной 29 300 кДж/кг (7 000 ккал/кг). Перевод
натурального топлива в условное и наоборот осуществляется при помощи «калорийного коэффициента»
k, равного
k = Qнат/29 300,
69
где
Qнат – низшая теплота сгорания натурального топлива, кДж/кг.
Калорийные коэффициенты различных топлив указаны в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Вид топлива
Дизельное топливо
Флотский мазут и моторное топливо
Топочный мазут
Нефтеостатки и отработанные масла
k
1,45
1,43
1,37
1,37
Нормой расхода топлива называется его минимальное технически и экономически обоснованное
количество, затрачиваемое на совершение определенной работы или выпуск заданного количества
продукции в планируемых условиях производства.
Основой нормирования расхода топлива для судовых двигателей являются индивидуальные нормы
расхода. Различают следующие индивидуальные нормы расхода: по элементам рейса; на выпуск
продукции; общесудовые. Единицей измерения индивидуальных норм расхода топлива является
«килограмм условного топлива на киловатт в сутки», то есть кг у.т./(кВт⋅сут).
Суточный расход натурального топлива может быть определен с помощью графиков распределения
нагрузки двигателя в течение суток и зависимости величины среднего удельного расхода топлива gе от
нагрузки, показанных на рис. 3.2.
70
Рис. 3.2. К определению суточного расхода топлива
Cуточный расход натурального топлива, кг/сут, составит
Gсут = ∑(Nеi gei ti),
где
Nеi, gei – характерные нагрузки дизеля в течение суток, кВт, и средний удельный расход топлива
на этих нагрузках, кг/(кВт⋅ч);
ti – продолжительность работы дизеля на характерных нагрузках в течение суток, ч.
Суточный расход условного топлива, кг у.т./сут, равен
Gусл = kGсут,
где
k – калорийный коэффициент.
Норма расхода топлива для дизеля, кг у.т./(кВт⋅сут), равна
Нусл = Gусл /Nе,
где
Nе – номинальная мощность дизеля, кВт.
Фактический расход топлива может отличаться от установленного нормами. Причинами
значительных расхождений являются неудовлетворительное техническое состояние двигателя,
71
значительные непроизводительные расходы топлива или электроэнергии, неправильный выбор режимов
работы, некорректное определение величин установленных норм расхода.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА МОТОРНОГО МАСЛА
Общий расход двигателем моторного масла Gм складывается из расходов масла на угар Gу и слив Gсл:
Gм = Gу + Gсл.
Угар в тронковых двигателях достигает 90 % от суммарного расхода масла. Расход на угар
складывается из необратимых потерь при забросе масла в камеру сгорания, попадания на нагретые
поверхности цилиндровых втулок и испарения из картера. Удельный расход масла на угар зависит от
конструкции двигателя, его технического состояния и режима работы, вида применяемого масла. Она
указывается в технических условиях на поставку двигателя. Величины удельных расходов масла gm
современных машинах составляют 0,85–1,2 г/(кВт⋅ч) и ниже. Устаревшие модели характеризуются
большими значениями gm.
Часовой расход смазочного масла на угар, кг/ч, составляет
Gу = gm Nе.
Количество масла, сливаемого из двигателя за один раз, кг, равно
Нсл = Vcc ρ20 kcл,
где
3
Vcc – емкость системы смазки, м ;
ρ20 – плотность масла при 20 оС, кг/м3;
kcл – коэффициент слива, равный 0,7–0,85.
Удельный расход масла на слив, кг/(кВт⋅ч)
gсл = Нсл /(Nе Тм),
где
Nе – номинальная мощность дизеля, кВт;
72
Тм – срок работы масла до замены, ч.
Часовой расход смазочного масла на слив равен, кг/ч
Gсл = gсл Nе.
4. ВЫБОР ОБЩЕЙ ЩЕЛОЧНОСТИ И ДОЗИРОВКИ
ЦИЛИНДРОВОГО МАСЛА
Оптимальная дозировка цилиндрового масла зависит от содержания в топливе серы и щелочности
свежего масла. Для определения удельного расхода цилиндрового масла gm могут быть использованы
номограммы, построенные на основании опытных данных. На рис. 3.3 показана подобная номограмма,
предложенная фирмой MAN [11].
Определить общее щелочное число (ОЩЧ) масла, мг КОН/г, достаточное для нейтрализации
продуктов сгорания серы, содержащейся в топливе, можно при помощи эмпирической формулы [11]
ОЩЧ = 0,08geS/gm,
где
73
ge – удельный расход топлива, г/(кВт⋅ч);
S – содержание серы в топливе, %;
gm – удельный расход цилиндрового масла, г/(кВт⋅ч).
Рис. 3.3. Зависимость удельного расхода масла от содержания
серы в топливе и исходной щелочности масла
Как показал опыт эксплуатации судовых двигателей, длительное использование высокощелочного
масла в сочетании с малосернистым топливом может стать причиной ускоренного износа деталей
цилиндропоршневой группы двигателя. Кроме того, неоправданное применение высокощелочного
масла, имеющего высокую стоимость, увеличивает эксплуатационные затраты.
Правильность определения дозировки цилиндрового масла и выбора его марки окончательно
устанавливается в ходе контроля состояния цилиндропоршневой группы путем ее осмотра. Косвенным
методом оценки правильности дозировки является определение щелочности отработанного масла,
находящегося в подпоршневых полостях. Его остаточная щелочность должна быть не менее 10 мг КОН
на 1 г масла [11]. Остаточная щелочность циркуляционного масла не должна быть ниже половины его
начального ОЩЧ.
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРИОДА СТАБИЛИЗАЦИИ ОЩЧ
74
Величина ОЩЧ указывает на количество щелочи, оставшейся в масле. При эксплуатации ОЩЧ
вначале резко понижается (до 60−70 % первоначального), затем стабилизируется и может оставаться
постоянным на протяжении длительного времени, рис. 3.4.
Рис. 3.4. Характер изменения ОЩЧ работающего моторного масла:
А – начальное ОЩЧ; В –достижение ОЩЧ браковочного показателя 1 – стабилизация ОЩЧ на более высоком
уровне; 2 – стабилизация ОЩЧ на более низком уровне; 3 – масло требует замены после непродолжительной работы
Стабилизация объясняется неизменностью содержания серы в топливе и постоянством расхода
смазочного масла. Соотношение серы, конденсирующейся в виде серной кислоты, и общего содержания
серы в топливе для конкретного двигателя остается постоянным при эксплуатации его на характерных
режимах. В этом случае дополнительная щелочность свежего масла нейтрализует серную кислоту,
отлагающуюся на стенках цилиндра, и таким образом обеспечивает постоянство ОЩЧ.
Уменьшение щелочности масла в процессе его работы в двигателе описывается выражением
ОЩЧt = ОЩЧ – С(1 – e–rt),
где ОЩЧt – общее щелочное число масла, проработавшего t часов;
ОЩЧ – начальное общее щелочное число;
С – коэффициент нейтрализации, С = 0,07gS;
75
r – отношение расхода масла к его количеству, находящемуся в системе смазки;
g – отношения расхода топлива к расходу масла;
S – содержание серы в топливе, %.
При увеличении срока работы масла в двигателе t величина (1 – e–rt) приближается к единице,
поэтому величина стабилизировавшегося общего щелочного числа ОЩЧt будет зависеть от величины
коэффицента нейтрализации С
ОЩЧt = ОЩЧ – С.
При увеличении расхода масла и компенсирующих его доливок коэффициент нейтрализации будет
уменьшаться, то есть щелочность работающего масла стабилизируется на более высоком уровне. При
прочих равных условиях щелочность также будет стабилизироваться на более высоком уровне при
увеличении начального ОЩЧ.
6. ЗАДАНИЕ
1. Найти величину низшей теплоты сгорания топлив А и В и их смеси расчетным и графическим
способами по их известной плотности и процентному содержанию серы.
2. Пользуясь графиком нагрузки и паспортной зависимостью величины среднего удельного расхода
топлива gе от нагрузки (рис. 3.5), определить суточный расход двигателем, рассмотренным в
предыдущем практическом занятии, натурального и условного топлива. Установить норму расхода
условного топлива на сутки работы двигателя.
3. Определить величину суточного расхода масла на угар и на слив, количество масла, сливаемое из
двигателя за один раз. Найти величину удельного расхода масла на слив.
4. Определить требуемое ОЩЧ цилиндрового масла с учетом его удельного расхода и содержания в
топливе серы.
5. Установить характер изменения ОЩЧ масла, работающего в двигателе, рассчитав его величину для
250, 500, 750, 1 500, 2 500 и 3 500 часов работы. По полученным данным построить график по типу
76
рис. 3.4, определить период стабилизации ОЩЧ и срок смены масла. За браковочное значение ОЩЧ
работающего масла принять 50 % от его начальной величины.
При выполнении практического занятия следует использовать данные двигателя, рассмотренного в
ходе курсового проектирования по дисциплине «Судовые ДВС и их эксплуатация». Зависимость
величины среднего удельного расхода топлива от нагрузки двигателя принимается в соответствии с
данными завода-изготовителя, результатами теплотехнических испытаний или справочной литературы.
Таблица 3.3
Вариант
График нагрузки,
на рисунке
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
3.1
3.2
3.4
3.3
3.1
3.4
3.3
3.2
3.1
3.2
3.3
3.4
3.1
Вариант
График нагрузки,
на рисунке
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
3.3
3.4
3.3
3.1
3.4
3.3
3.2
3.1
3.2
3.3
3.4
3.1
6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет по практическому занятию должен содержать:
77
– графики распределения нагрузки двигателя и зависимости величины среднего удельного расхода
топлива от нагрузки для данного двигателя;
– расчет суточной нормы расхода условного топлива;
– определение суточного расхода масла на угар и на слив;
– расчет удельного расхода масла на слив;
– определение дозировки цилиндрового масла для работы двигателя на топливах А и В и их смеси
или ОЩЧ масла по заданному его расходу;
– график старения масла (изменения ОЩЧ), срок работы масла до замены;
– выводы.
78
Рис. 3.5. Графики распределения нагрузок двигателей в течение суток
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. С какой целью производится нормирования расхода топлива? Назовите виды норм расхода топлива для
судовых двигателей и паровых котлов, укажите единицы их измерения.
2. Кто и как осуществляет контроль за расходованием топлива и масел на судах? Какая отчетная документация
содержит информацию о расходе ГСМ?
3. С какой целью используется понятие «условного топлива»? Как производится пересчет расхода условного
топлива в «натуральное»?
4. Назовите факторы, действие которых определяет величину низшей теплоты сгорания топлива?
5. Назовите критерии, с учетом которых производится подбор марки смазочного масла для конкретного
двигателя. Чем опасен для двигателя неправильный выбор масла?
6. Как производится оценка правильности выбора дозировки цилиндрового масла и его марки?
7. Назовите составляющие расхода масла на угар, укажите факторы, способствующие увеличению расхода масла
на угар и методы по его снижению.
ЛИТЕРАТУРА
1. Правила технической эксплуатации судовых дизелей. – СПб., 1999.
2. Справочник судового механика по теплотехнике / И. Ф. Кошелев, А. П. Пимошенко, Г. А. Попов,
В. Я. Тарасов. – Л.: Судостроение, 1987. – 480 с.
3. Овсянников М. К., Петухов В. А. Судовые дизельные установки: Справочник. – Л.: Судостроение, 1986. –
424 с.
4. Справочное пособие по применению средневязкого топлива в дизелях судов флота рыбной промышленности.
КО Гипрорыбфлота, Клайпеда, 1991. – 140 с.
79
5. ОСТ 15.360-86. Топлива отечественные и зарубежные для судов флота рыбной промышленности.
Номенклатура. Порядок назначения и применения.
6. ОСТ 15.129-86. Масла моторные для дизелей судов флота рыбной промышленности. Номенклатура. Порядок
назначения и применения.
7. Хью Д. Смит. Судовые топлива. – Гамбург, «Кастрол Марин Ойл ГМБХ», 1993. – 31 с.
8. Всемирная служба «Шелл» снабжения судоходства бункерным топливом и данные по топливу. – Shell
International Marine Sales, London, 1980. – 49 с.
9. Ваншейдт В. А., Гордеев П. А, Захаренко Б. А. и др. Судовые установки с двигателями внутреннего
сгорания. – Л.: Судостроение, 1978. – 368 с.
10. Maintenance and Adjustment MMPX Separation Systems with EPC-41 control unit. Alfa-Lavai Separation AB,
1993.
11. Применение моторных масел отечественной и и зарубежной классификации на судовых дизелях флота ПО
«Камчатрыбпром». Рекомендации. – Петропавловск-Камчатский: ЦПКТБ ВРПО «Дальрыба». Камчатский филиал,
1987. – 48 с.
80
ПРИЛОЖЕНИЕ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СУДОВЫХ ТОПЛИВ
Таблица П.1
Физико-химические показатели отечественных маловязких топлив
Дизельное
Показатель качества
Л
81
З
Вид топлива
Газотурбинное
ТГ
ТГВК
Судовое
маловязкое
Цетановое число, не менее
Плотность при 20 оС, кг/м3 не более
Вязкость, сСт, не более:
– при 20 оС
– при 50 оС
Механические примеси, %, не более
Содержание воды, %, не более
Содержание серы, %, не более
Зольность, %, не более
Температура вспышки, оС, не более
Температура застывания, оС, не более
Коксуемость, %, не более
45
860
45
840
3– 6
2–5
–
–
Отсутствие
Отсутствие
0,2
Отсутствие
Отсутствие
(0,5)
61
40
–10
–25
0,3
0,3
935
40
890
–
–
11,4
21
0,3
0,5
2,5
21
0,02
0,2
1,0
0,01
65
+5
0,5
935
61
+5
0,5
0,02
Следы
1,5
62
–10
–
Таблица П.2
Физико-химические показатели отечественных средне- и высоковязких топлив
Показатель
Плотность при 20 оС, кг/м3, не более
Вязкость при 50 оС, не более:
– кинематическая, сСт
– условная, оВУ
Вязкость при 80 оС, не более:
– кинематическая, сСт
– условная, оВУ
82
Ф5
955
Ф12
960
40
965
100
1 015
М -1,0
965
СВТ
995
СВС
1 015
36
5
89
12
230
30
600
79
190
25
230
30
600
79
–
–
–
59
8
118
16
45
6
59
8
118
16
Температура вспышки, оС, не ниже
Температура застывания, оС, не выше
Массовая доля серы, %, не более:
– малосернистое
– сернистое
– высокосернистое
Зольность, %, не более
Коксуемость, %, не более
Содержание, %, не более:
– ванадия
– механических примесей
– воды
80
–
–5
90
–8
0,6
–
2
–
–
–
0,05
6,0
0,008
0,1
0,3
0,1
6,0
90
10
110
25
75
10
0,5
2,0
3,5
0,12
10
0,5
2,0
3,5
0,14
1,0
–
–
0,1
–
0,018
0,5
1,0
0,008
0,12
0,3
–
–
–
1,0
1,0
0,3
Следы
90
15
100
25
–
–
–
2,0
3,5
0,12
15
5,0
0,15
22
0,02
0,3
1,0
0,04
0,6
1,0
Таблица П.3
Физико-химические показатели топлива по стандарту BSMA:100
Показатель
Цетановое число, не менее
Кинематическая вязкость, сСт:
– при 40 0С, не более
– при 50 0С, не более
– при 80 0С, не более
83
М1
М2
М3
М4
М5
М6
М7
М8
М9
М10
М11
М12
45
35
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
5,5
4,5
11
9
–
–
14
11
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
48
15
75
25
200
45
380
75
650
100
750
130
380
75
540
100
750
130
Коксуемость, %, не более
0,2 0,25
Зольность, %, не более
0,01 0,01
Влага, %, не более
0,05 0,25
Сера, %, не более
1,0 2,0
Ванадий, %, не более
–
–
Температура вспышки, оС, выше
43
60
Температура помутнения, оС, ниже 16
–
Температура застывания, оС, ниже
–
6
Плотность при 15 0С, кг/м3,
900
–
не более
2,5
0,05
0,3
2,0
0,01
60
12
0,1
0,5
3,5
0,25
60
14
0,1
0,8
4,0
0,35
60
20
0,15
1,0
5,0
0,05
60
22
0,20
1,0
5,0
0,06
60
22
0,20
1,0
5,0
0,06
60
22
0,20
1,0
5,0
0,06
60
–
–
–
–
–
–
–
6
920
24
991
30
991
30
991
30
991
30
991
30
991
–
–
–
0,2
1,0
5,0
0,06
60
0,2
1,0
5,0
0,06
60
0,2
1,0
5,0
0,06
60
–
–
–
30
1050
30
1050
30
1050
Таблица П.4
Международный стандарт ISO 8217:1987
Нефтяные продукты – топлива (класс F) – технические условия
на судовые топлива. Требования для судовых дистиллятных топлив
Показатели качества
84
Предел
DMX
Обозначение топлива
DMA
DMB
DMC
Плотность при 15 оС, кг/ м3
Кинематическая вязкость при 40оС, сСт
Температура вспышки, оС
Температура потери текучести, оС:
– зимний сорт
– летний сорт
Температура помутнения, оС
Коксовый остаток по Рамсботтому, %
Коксовый остаток по Конрадсону, %
Зольность, %
Содержание влаги, %
Цетановое число
Содержание серы, %
Содержание ванадия, мг/кг
макс.
мин.
макс.
мин.
макс.
макс.
макс.
макс.
макс.
макс.
макс.
мин.
макс.
макс.
–
1,4
5,5
43
–
–
–16
0,2
0,14
0,01
–
45
1,0
–
890
1,5
6,5
60
–6
0
–
0,2
0,14
0,01
–
40
1,5
–
920
900
–
–
11,0
60
14,0
60
0
6
0
6
–
–
0,25
0,28
0,01
0,3
35
2,0
0,25
3,0
0,05
0,3
–
2,0
100
–
Таблица П.5
Международный стандарт ISO 8217:1987
Нефтяные продукты – топлива (класс F) – технические условия на судовые топлива.
Требования для судовых остаточных топлив
85
86
RMD15
RME25
RMF25
RMG25
RMH35
RMН45
RMK45
RMH55
991
991
991
991
991
991
991
1 010
991
1 010
991
1 010
10
60
6
10
0,1
10
60
24
10
0,1
10
60
24
14
0,1
15
60
30
14
0,1
25
60
30
15
0,1
25
60
30
20
0,15
35
60
30
18
0,15
35
60
30
22
0,2
35
60
30
22
0,2
45
60
30
22
0,2
45
60
30
22
0,2
55
60
30
22
0,2
55
60
30
22
0,2
0,5
3,5
150
30
0,5
3,5
150
30
0,5
3,5
300
30
0,8
4
350
30
1
5
200
30
1
5
500
30
1
5
500
30
1
5
300
30
1
5
600
30
1
5
600
30
1
5
600
30
1
5
600
30
1
5
600
30
RML55
RМС10
975
RMK35
RМВ10
Плотность при 15 0С, кг/м3
Кинематическая вязкость,
сСт, при 100 0С
Температура вспышки, 0С
Температура застывания, оС
Коксуемость, %, не более
Зольность, %, не более
Содержание:
– влаги, %
– серы, %
– ванадия, мг/кг
– алюминия, мг/кг
RМА10
Показатель качества
СОДЕРЖАНИЕ
Практическое занятие 1. Решение задач топливоподготовки
в судовых условиях
Практическое занятие 2. Обработка топлива и моторного
масла
Практическое занятие 3. Определение расхода условного
топлива и моторного масла
Приложение
87
3
16
25
35