Stūmoklinių variklių degalai

Įvadas

Kaip degalai naudojamos tik tos degiosios medtiagos, kurios pakankamai šilumingos, pigios, nedeficitinės, nepavojingos ir netalingos nei varikliui, nei aplinkai, lengvai sandėliuojamos ir transportuojamos, kurių degimą galima reguliuoti p1ačiose ribose.

Daugelio degalų sudetyje visai nėra arba per matai yra degimui reikalingo deguonies. Todėl jie gali degti tik aplinkoje, kurioje yra deguonies. Kai medtiagoje nėra deguonies, tai dega tik jos paviršiaus dalelės, kurios liečiasi su deguonimi. Kuo labiau disperguota medtiaga, tuo intensyviau ji dega. Geriausiai šiuo potiūriu dega dujos, skysčių garai, kurie tobulai susimaišo su ore esančiu deguonimi.

Stūmoklinių variklių degalai

Pagrindinis šaltinis šiluminei energijai gauti yra nafta.

1970 m. šiluminės energijos pasaulyje gauta:

1) iš naftos - 83,7∙10¹⁰ MJ, arba 40,8%;

2) iš kietojo kuro - 72,0∙10¹⁰ ' ' 35,2%;

3) iš gamtiniq dujq - 37,7∙10¹⁰ ' ' 18,3%;

4) iš vandens - 10,49∙10¹⁰ ' ' 5,1 %;

5) iš atominių jėgainių - 1,256∙10¹⁰ ' ' 0,6%;

Iš viso 205∙10¹⁰ MJ, arba 100%.

1945 m. buvo gauta 62,9 ∙10¹⁰ MJ energijos. 1995 m. numatoma gauti 448∙10¹⁰ MJ energijos.

Naftą sudaro anglies ir vandenilio junginiai - angliavandeniliai. Anglies naftoje yra 84-87%, vandenilio- 12-14%. Naftoje yra sieros, azoto, deguonies junginių. Ypač kenksminga siera. Kaspijos ir Juodosios jūros rajonų naftoje sieros beveik nėra (matiau kaip 0,3%). Rytines TSRS dalies naftoje sieros yra 2-3,5%, o kai kuriuose rajonuose net iki 5%. Sieringų naftos produktų deginimas sukelia ypatingų sunkumų, nes sieros dvideginis kenksmingas gyvajai gamtai ir įrengimams.

Dega1ai is naftos gaminami, naudojant tiesioginę distiliaciją, terminį krekingą ir katalitinį krekingą. Kuo lengvesnes angliavandenilių molekulės,tuo temesnė jų virimo temperatūra; šituo paremtas distiliavimo procesas. Šildant naftą, is pradtių garuoja lengvesni, vėliau sunkesni angliavandeniliai. Kondensatoriuose ir rektifikacinėse kolonose garai kondensuojami ir išskiriamos vienodų savybių ; agliavandenilių grupės - frakcijos. Tiesiogiai distiliuojant, išskiriamos šios frakcijos:

benzininė -iš naftos išgaruoja, kai temperatūra būna nuo 30 iki 210 °C ;

ligroininė -iš naftos išgaruoja, kai temperatūra būna nuo 140 iki 240 °C;

tibalinė - iš naftos išgaruoja, kai temperatūra būna nuo 180 iki 300 °C;

gazolinė - is naftos išgaruoja, kai temperatūra būna nuo 260 iki 360 °C.

Išgaravus gazoliui, lieka mazutas. Distiliuojant mazutą, gaunama soliarinė, verpstinė, mašininė ir cilindrinė alyva bei gudronai.

Benzino frakcija naftoje nedidelė (10-20%), todėl benzinas papildomai gaminamas is sunkesnių frakcijų krekingo būdu - stambios sunkiųjų frakcijų molekulės, kai aukšta temperatūra ir didelis slėgis, suskaidomos (destrukcija) į smulkesnes, kurios įeina i benzino sudėti. Terminio krekingo būdu is mazuto, kai temperatūra 470-510 °C ir slegis 4-5 MPa, gaunama 25-70% benzino. Panasiai perdirbamos ir menkos kokybės lengvos frakcijos - sunkus benzinas, ligroinas, tibalas, gazolis. Iš jų gaunamas vertingesnis benzinas (riformingo benzinas). Terminio krekingo atmaina - pirolizas. Šiuo būdu gaminami aromatiniai angliavandeniliai ir dujos. Pirolizo metu temperatūra būma 650-700°C, o slėgis normalus. Katalitinis krekingas vyksta įtakoje katalizatoriaus, kuris sumatina temperatūrą ir slėgį. Gaunamų produktų savybės priklauso nuo katalizatoriaus ir skiriasi nuo terminio krekingo produktų. Katalitinio krekingo būdu iš tibalo, gazolio ir soliarinės alyvos gaminami automobiliniai ir aviaciniai benzinai. Pirmųjų gaunama apie 40-65%, antrųjų - 25-50%.

Pagal tai, kiek anglies ir vandenilio atomų sudaro molekulę, ir pagal jų struktūrinį ryšį angliavandeniliai skirstomi į grupes. Skystuosius dega1us sudaro šios angliavandenilių grupės: alkanai, alkenai, ciklanai, aromatiniai angliavandeniliai.

Alkenai yra neprisatinti aleinų eiles grandinines struktūras C_nH_2n+2 tipo, grandininės struktūros. Automobiliniuose benzinuose yra apie 30-60% alkanų: heksano, izoheksano, heptano, oktano, izooktano, nonano, dekano ir undekano. Daugiausia alkanų yra Grozno naftoje. Kai temperatūra tema, alkanai gana stabilūs junginiai, bet, esant aukstesnei kaip 300°C temperatūrai, jie oksiduojasi, pasigamina peroksidai, kurie sukelia detonaciją.

Alkenai yra neprisotinti oleinų eilės grandininės struktūros C_nH_2n tipo junginiai. Jie atsparūs detonacijai, bet ilgainiui, kai temperatūra aukštesne, juaose susidaro dervos, kurios sutrikdo variklio maitinimą. Alkenų pasitaiko krekingo benzinuose, kurių ilgai laikyti negalima.

Ciklanai yra nafteninės eiles C_nH_2n tipo tiedinės struktūros stabilūs junginiai. Jie atsparūs detanacijai ir benzinuose pageidaujami.

Aromatiniai angliavandeniliai yra C_nH_2n-6 tipo. Jų pagrindą sudaro benzolo brandualys (C₆H₆). Jie atsparūs detanacijai ir esant aukštai temperatūrai, todėl labai pageidaujami. Natūraliuose benzinuose aramatinių angliavandenilių būna nedaug (iki 10%), todėl, norint pagerinti benzino kokybę, jų specialiai primaišoma. Krekingo benzinuose jų būna daugiau, dėl to šie benzinai atsparesni detonacijai. Aromatiniai angliavandeniliai pakelia degalų savaiminio uzsidegimo temperaturą, todėl dizeliuose jie nepageidaujami, nes norint, kad ipurkšti degalai savaime utsidegtų, reikia didinti slėgio laipsnį. Aromatinių angliavandenilių tirštejimo temperatūra aukšta (pavyzdtiui, benzolo +5°C), ir jie tinka vartoti tik tada, kai šilta.

Naftinių degalų kokybė gerinama, sumaišant juos su kitomis medtiagomis. Antidetonatoriai padidina benzinų oktaninį skaičių. Stabilizatoriai sumatina degalų fizinių ir cheminių savybių kitimą, laikui bėgant, o depresatoriai juos stabilizuoja, kai temperatūra tema. Antikarozines medtiagos, metalų deaktyvatoriai stabdo koroziją. Dispergentai neleidtia susidaryti nuosėdoms. Yra medtiagų, stabdančių dervos, degėsių, lako susidarymą, padidinančių degalų laidumą elektrai (tai matina statinį įelektrinimą) ir t. t.

Benzinas

Benzinai turi atitikti tam tikrus reikalavimus, susijusius suvariklių konstrukcija ir klimatinėmis bei techninėmis jų eksploatavima salygomis. Kuo greitesni ir galingesni varikliai, tuo griettesni šie reikalavimai. Tiesioginės naftos distiliacijos ir krekingo benzinai ne visada tinka varikliams, todėl prie jų primaišomi įvairūs komponentai. Benzino kokybė priklauso nuo jų cheminės sudėties ir fizinių savybių. Benzinas yra ivairių angliavandenilių mišinys, todėl ir jų cheminė sudėtis labai įvairi. Vidutinė benzino sudėtis tokia:

C-85%, H₂-15%; tankis 710-770 kg/m³ (specifinis svoris 0,71-0,77) .

Garumas yra svarbiausias benzino kokybės rodiklis, nes, prieš patekdamas i ciIindrą, benzinas karbiuratariuje išgarinamas ir sumaišomas su oru. Forsuotuose varikliuose benzinas purškiamas į siurbimo kalektarių arba tiesiog i cilindrą siurbimo takto metu. Kuo intensyviau benzinas garuoja, esant temai temperatūrai, tuo lengviau paleisti šaltą variklį, tuo greičiau variklis sušyla, pastaviau dirba matais sūkiais. Kai garumas per didelis, padidėja benzino nuostoliai (ypač kai karšta). Pirmiausia garuoja vertingosios lengvosios frakcijos, todėl ilgainiui benzino kokybė menkėja. Benzino garai vamzdeliuose gali sudaryti kamščius. Garumas apibūdinamas benzino frakcine sudėtimi ir garų stangrumu. Nuo frakcinės sudėties priklauso, kaip lengvai variklis paleidtiamas, kiek laiko jį reikia šildyti, kol pasiekiamas pilnas galingumas, kaip greitai jis dils, susidarys degėsiai. Standartuose, apibrėtiant garumą, nurodoma, kokiai temperatūrai esant kiek benzinp distiliuojasi (išgaruoja). Temperatūra, kai distiliuojasi 10% benzino, parado, kaip lengvai ir greitai galima paleisti šaltą variklį. Pagal bandymais rastą farmulę:

t₀=0,5t_10% -50,5

galima apskaičiuoti temiausią oro temperaturą t₀°C, kai dar galima paleisti variklį, priklausomai nuo temperatūros t_lO%, kuriai esant distiliuojasi 10% benzino.

Vartojant garų benziną, šaltą variklį lengviau paleisti, bet, varikliui sušilus, jis per daug garuoja, todėl mišinys pariebėja, vamzdeliuose susidaro benzino garų kamščiai. Kai temperatūra labai tema, variklis paleidtiamas specialiu gariuoju benzinu.

Temperatūra, kai distiliuojasi 50% benzino, būtent, kai išgaruoja vidutinės benzino frakcijos, parodo, kaip greitai paleistas variklis sušyla ir kiek reikia deginiais arba aušinimo sistemos skysčiu šildyti siurbimo kolektorių. Be reikalo šildyti kalektorių talinga, nes matesnis mišinio kiekis (pagal svorį) patenka i cilindrus ir krenta galingumas.

Temperatūra, kai distiliuojasi 90% benzino, parodo, kiek jame yra nepageidautinų sunkių frakcijų. Kuo temesnė ši temperatūra, tuo pilniau išgaruoja benzinas, tobuliau susimaišo su oru ir vienodtiau pasiskirsto tarp cilindrų. Kai į cilindrą patenka nepilnai išgaravęs benzinas, jo dalis nesudega ir išeina laukan su deginiais, kita dalis cilindro sienelėmis teka temyn į karterį, nuplauna alyvą nuo cilindrų sienelių ir ją praskiedtia. Del to dyla cilindrai, stumokliai, tiedai. Ne visiškai sudegęs benzinas ant stumoklio, degimo kameros sienelių, vottuvų sudaro degėsius, dėl kurių kyla detonacija, mateja galingumas, variklis sparčiau dyla. Sunkios frakcijos benzino sąnaudą padidina net iki 70%.

Benzino frakcinė sudėtis rodo, kiek pavojaus yra apledėti karbiuratoriui, ypač pakilus aukštai ir kai drėgnas oras. Kuo benzinas garesnis, tua labiau, jam garuojant, atšąla karbiuratarius ir tuo greičiau ant jo paviršiaus susikondensuoja ir pavirsta sniegu ora dregmė. Kuo aukštesnė frakcijų distiliacijos temperatūra, tuo matiau pavojaus karbiuratariui apledėti. Temperatūros kritimas, benzinui garuojant, panaudajamas šaldytuvui automobilyje įrengti.

Biodyzelinas

Biodyzeliniai degalai yra gaminami augalinį (datniausiai rapsų) aliejų peresterinant metanoliu. Gaminant degalus, be aliejaus ir metanolio, dar naudojamas kalio šarmas, vanduo, acto ar fosforo rūgštys. Be biodyzelinių degalų, gaunamas taliasis glicerolis, kuris reikalingas chemijos pramonei. Spaudtiant rapso aliejų iš 1 t sėklų gaunama apie 300 kg aliejaus ir apie 700 kg išspaudų, kurios tinka pašarams.

Daugeliu atvejų rapsų metilo esteris (RME) yra maišomas su dyzeliniais degalais. Prancūzijoje šiuo metu į dyzelinius degalus maišoma 5 proc. RME. Taip matinamas naftos importas į šalį. 80-85 proc. pagamintos RME produkcijos yra parduodama mišinių pavidalu. Prancūzijoje šiuo metu tokiais degalais varomi apie 4000 autobusų. Taigi Prancūzijoje gryni biodyzeliniai degalai beveik nenaudojami. Atvirkščiai Vokietijoje - dyzelinių ir biodyzelinių degalų maišyti negalima. Biodyzeliniai degalai Vokietijoje parduodami jau 800 degalinių. Šiuo metu dar yra statomos trys naujos biodyzelinių degalų gamyklos, kurios per artimiausius metus išplės RME gamybą apie 4 kartus.

Biodyzelinių degalų ekologiniai ir ekonominiai privalumai turėtų sudominti savivaldybių viešąjį transportą (autobusų parkus, taksi), valstybinių įmonių transportą, ūkininkus bei kitus vartotojus. Ekologine prasme biodegalai susiję su atmosferos taršos matinimu. Tai ypač svarbu didtiųjų miestų gyventojams, kur gausėjantis transportas vis labiau teršia aplinką, gadina tmonių sveikatą.

Tinoma daug įvairių rapsų metilo esterio (RME) gamybos technologijų, tačiau dėl duomenų ir sprendimų įvairovės bei painaus reakcijos mechanizmo sunku pasirinkti geriausią technologiją ir optimalius proceso parametrus. 1 lentelėje pateikti penkių šiuo metu naudojamų pramoninių (10-50 tūkst. t RME per metus) gamybos būdų lyginamieji duomenys: kokybės reikalavimai taliavai, ypač augaliniam aliejui, reakcijos mišinio sudėtis bei pagrindiniai proceso parametrai. Pvz., gaminant RME pirmuoju ar trečiuoju būdu, naudojamas hidratuotas rapsų aliejus, o gaminant penktuoju būdu - taliasis. Daugiausia energijos 1 t RME (998 kWh) sunaudojama gaminant pirmuoju būdu esant dideliam slėgiui. Šiek tiek matiau energijos reikia naudojant visiškai rafinuotą aliejų (547 kWh), o matiausiai - naudojant taliąjį aliejų (148 kWh). Nors racionaliausia kaip taliavą naudoti taliąjį rapsų aliejų, tačiau sunku atskirti peresterinimo metu susidariusį glicerolį ir valyti produktą.

Biodyzelinių degalų kokybė yra apibūdinama jų eksploatacinėmis (tekumas, garingumas, utsidegamumas, įtaka korozijai, stabilumas), fizikinėmis (tankis, spalva) ir ekologinėmis (kenksmingumas, gaisringumas) savybėmis. Kiekviena šių savybių yra vertinama keletu rodiklių, kurių dydį nustato valstybiniai standartai. Biodyzelinių degalų kokybė yra apibūdinama eksploatacinėmis (tekumas, garingumas, utsidegamumas, korozingumas, stabilumas), fizikinėmis (tankis, spalva) ir ekologinėmis (nuodingumas, gaisringumas) savybėmis. Kiekviena iš šių savybių yra vertinama keletu rodiklių, kurių reikšmių dydį nustato valstybiniai standartai. Transportuojant arba laikant biodyzelinius degalus, jų kokybė palengva keičiasi, kartu keičiasi ir kokybę apibūdinančių rodiklių reikšmės.

Biodyzeliniai degalai privalo: būti gero tekumo, kad bet kuriomis aplinkos oro sąlygomis būtų nenutrūkstamai tiekiami iš bako į purkštuvus; būti optimalios klampos, gerai filtruotis, nekoroduoti ir gerai tepti tiekimo linijos detales; būti lengvai įpurškiami į cilindrą, išgarinami ir sumaišomi su oru; lengvai utsidegti, kad variklį būtų nesunku paleisti, jis tyliai veiktų ir matai diltų; būti didelio šilumingumo, kad variklis ekonomiškai veiktų; nekoroduoti ir neteršti nuodegomis cilindro detalių; laikomi būti ekologiški, stabilūs ir saugūs.

Išvados

Kai medtiagos sudėtyje yra degimui pakankamai deguonies arba sudaromos kitos greitam degimui būtinos sąlygos, ji gali degti beorėje erdvėje, nes tuo pačiu metu dega visos medtiagos dalelytės, akimirksniu išsiskiria daug šilumos, deginiai, staiga besiplėsdami, sukelia stiprią oro bangą. Sakome, kad medtiaga sprogsta. Reguliuoti sprogstancią medtiagą, degimo greitį tiekti jas is rezervuaro i degimo kamerą sunku, todėl jos naudojamos tik raketiniams varikliams.

Degalams degti būtina minimali temperatūra, kuriai esant jie utsidega. Utsidegimo sąlygoms turi įtakos slėgis, jonizacija bei kitokios fizines ir chemines aplinkos sąvybes.

Skystais dega1ais maitinami stūmokliniai, turbininiai ir reaktyviniai varikliai, dujiniais - stūmokliniai ir turbininiai varikliai. Skysti dega1ai prieš sudegant išgarinami ir sumaišomi su oru. Kietas dega1as betarpiškai deginamas tik garo katilų ir pramoninių bei buitinių krosnių kuryklose. Pe1enai ir šlakas uttersia degimo kameras, todėl kietas dega1as, prieš sudeginant degininiuose varikliuose, paverčiamas dujomis dujų generatoriuose.

Literatūra

Automobilių ir traktorių varikliai : vadovėlis respublikos aukštųjų mokyklų automobilių transporto, statybos ir kelių mašinų bei įrengimų ir temės ūkio mechanizacijos specialybėms / Leonas Gastila. Vilnius, 1974. 265 p.

 [LST EN 590:2004]. Automobiliniai degalai. Dyzelinas. Reikalavimai ir tyrimų metodai : Europos standartas EN 590:2004 turi Lietuvos standarto statusą = Automotive fuels - Diesel - Requirements and test methods / Lietuvos standartizacijos departamentas. Vilnius, 2004. 11 p.

Turinys

Įvadas

Stūmoklinių variklių degalai

Benzinas

Biodyzelinas

Išvados

Literatūra