Раздел 3. Горюче-смазочные материалы и эксплуатационные жидкости

Дисциплина: ОП.03. Материаловедение

Автомеханик

ПЛАН УРОКА № 29 ГРУППА: АМ-2-19 Дата: 29.04.20 г.

Преподаватель: Иванова Л.Н.

РАЗДЕЛ 3. ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЖИДКОСТИ

Тема программы: Тема 3.1. МАСЛА, ТОПЛИВО, СМАЗКИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЖИДКОСТИ

Тема урока: ТОПЛИВО ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ С ГАЗОБАЛЛОННЫМИ УСТАНОВКАМИ

Цель урока: изучить виды топлива для автомобилей с газобаллонными установками, их преимущества и недостатки.

Для газобаллонных автомобилей в качестве топлива используют сжиженные углеводородные нефтяные и сжатые природные газы, жидкий метан и др. Наиболее широко применяют сжиженные газы, так как по сравнению с другими газами они имеют более высокие технико-экономические и санитарно-гигиенические показатели.

К сжиженным газам относятся такие, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при температуре окружающей среды и сравнительно небольших избыточных давлениях.

Сжиженные газы должны удовлетворять следующим требованиям:

· иметь стабильный компонентный состав в условиях эксплуатации;

· обеспечивать избыточное давление насыщенных паров от 1,6 до 0,07 МПа в интервале температур от +45 до —30°С;

· не иметь жидкого неиспаряющегося осадка при испарении и редуцировании в автомобильной газовой аппаратуре.

Характеристика сжиженных углеводородных газов, применяемых в качестве топлива для газобаллонных автомобилей, определена техническими условиями ТУ 38 001302—78. Технические условия распространяются на все районы, за исключением холодной климатической зоны.

СОСТАВ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ. В состав сжиженных газов входит смесь простых углеводородных соединений, основными из которых являются этан, этилен, пропан, пропилен, бутаны и бутилены.

Этан С2Н6 и этилен С2Н4 содержатся в смеси сжиженных газов в небольших количествах. Их добавление в состав сжиженного газа считается нежелательным в летнее время и весьма полезным в зимний период для повышения давления насыщенных паров до необходимого для нормальной работы газовой установки автомобиля.

Пропан С3Н8 и пропилен С3Н6 определяют основные свойства сжиженных газов, так как являются их основными составляющими.

ПРОПАН является наиболее пригодным топливом для автомобильных газовых двигателей. Он обладает высокими антидетонационными свойствами и достаточной упругостью паров во всем диапазоне окружающих температур.

ПРОПИЛЕН имеет сравнительно низкую детонационную стойкость и его содержание в газе должно быть ограничено.

Нормальный бутан Н-С4Н10, изобутан С4Ню, бутилен I-C4H8, изоб утилен И-С4Н8 и другие их изомеры являются высококалорийным и полноценным топливом для автомобильных двигателей. Однако их применение в чистом виде возможно только при положительных температурах, так как они не создают избыточного давления при температуре ниже 0 °С.

В качестве топлива для автомобилей бутан и бутилены широко применяют в смеси с газами, имеющими высокое давление насыщенных паров (этан, пропан и др.).

К загрязняющим веществам в газах относятся сера и ее соединения, влага, механические примеси и тяжелые углеводороды.

Сера находится в сжиженном газе в растворенном состоянии. При испарении и редуцировании газа часть серы выпадает в топливной аппаратуре, сужая проходные сечения газовых каналов и разрушая резинотехнические изделия. Другая часть серы сгорает в цилиндрах двигателя, увеличивая токсичность отработавших газов.

Влага в сжиженных газах может содержаться как в свободном, так и в растворенном состоянии и является нежелательным компонентом. Особенно недопустимо содержание влаги в зимнее время. При отрицательных температурах влага образует ледяные пробки в газовой магистрали и перекрывает подачу газа к двигателю.

Тяжелые углеводороды с содержанием Сб и выше при редуцировании газа скапливаются в виде неиспаряющегося осадка (конденсат) в газовой аппаратуре автомобиля. Наибольшее количество конденсата осаждается на мембранах газового редуктора и нарушает его работу.

ОДОРИЗАЦИЯ ГАЗА. Чтобы ощутить наличие газа в воздухе, ему придается специфический запах. Для этой цели используются вещества, называемые одорантами. В качестве одоранта широко применяют этилмеркаптан (С2Н2СН). На 100 л сжиженного газа добавляют приблизительно 2,5 г одоранта. При таком количестве одоранта становится возможным по запаху определить 0,4—• 0,5% газа в воздухе. Указанная концентрация не представляет опасности взрыва, так как составляет всего 20% от нижнего предела воспламеняемости.

Свойства сжиженных газов определяют по параметрам отдельных углеводородов, входящих в смесь. Благодаря идентичности строений молекул смеси пропана и бутана подчиняются правилу аддитивности, т. е. параметры смеси пропорциональны параметрам отдельных компонентов.

К основным параметрам, которые характеризуют сжиженные газы как топливо для двигателей автомобилей, относятся давление насыщенных паров, плотность, низшая теплота сгорания.

Давление насыщенных паров оказывает наибольшее влияние на работу газовой установки автомобиля. По максимальному давлению насыщенных паров газа рассчитывают на прочность газовый баллон. Кроме того, сжиженный газ должен иметь и достаточную величину минимального избыточного давления (0,1—0,2 МПа) для обеспечения нормальной работы топливоподающей аппаратуры.

Чем выше температура, тем выше давление насыщенных паров, и наоборот. Но при одной и той же температуре различные углеводородные газы имеют разные давления насыщенных паров. Следовательно, давление паров смеси сжиженных газов будет зависеть как от температуры, так и от состава смеси.

Величину давления смеси газов можно определить по значению составляющих (парциальных) давлений углеводородных газов, входящих в состав смеси пропорционально концентрациям.

Относительная масса углеводородных газов показывает, во сколько раз их пары тяжелее или легче воздуха. Из всех сжиженных газов только этилен легче воздуха. Относительная масса характеризует способность газов скапливаться в низких местах (канавах, приямках), образуя взрывоопасную смесь, что необходимо учитывать при работе с этими газами.

Пределы воспламеняемости газа характеризуют его пожаро- и взрывобезопасность. Наиболее показательным является нижний предел воспламеняемости, характеризующий минимальное содержание газа в воздухе, при котором может произойти воспламенение. Нижние пределы воспламеняемости у газообразных топлив несколько выше, чем у паров бензина, и составляют 1,8—2,4%.

Октановое число оценивает детонационную стойкость углеводородных газов. Чем выше октановое число, тем более стоек газ против детонации и тем лучше его эксплуатационные качества. Октановое число для большинства газов составляет 90—99 единиц. Лишь отдельные компоненты сжиженных газов.(пропилен, бутилен) имеют сравнительно низкое октановое число и их содержание в сжиженном газе ограничивают.

Токсичность углеводородных газов проявляется косвенным воздействием на организм человека. Сами углеводородные газы не вызывают отравления, но, смешиваясь с воздухом, уменьшают содержание кислорода в воздухе. Человек, находящийся в такой атмосфере, испытывает кислородное голодание. В связи с этим санитарными нормами установлена предельно, допустимая концентрация содержания пропана в рабочей зоне, равная 1800 мг/м³, или 0,09% по объему. Такая концентрация примерно в три раза ниже нижнего предела воспламеняемости.

При прочих одинаковых условиях для автомобилей, работающих на газовом топливе, себестоимость топлива снижается в 2 – 3 раза на каждый тонно-километр по сравнению с автомобилями, работающими на бензине. Наряду с более низкой стоимостью газовое топливо обладает и другими преимуществами перед жидким топливом. Оно более полно сгорает в цилиндрах двигателя, а отработавшие газы (продукты его сгорания) намного меньше загрязняют окружающий воздух. Газовое топливо не разжижает масло в картере двигателя, не смывает масло со стенок цилиндров и не ухудшает этим условий смазывания, поэтому износ деталей двигателя ниже. Увеличивается также срок службы масла в 2 – 3 раза, что снижает его расход на 30 – 40 %. Газовое топливо имеет высокую детонационную стойкость (октановое число около 100 и выше), поэтому возможно повышение такой рабочей характеристики двигателя, как степень сжатия, для получения ещё более высокой топливной экономичности.

Недостатком газового топлива является необходимость иметь на автомобиле более тяжёлые и дорогие баллоны для размещения запаса газа по сравнению с баками для жидкого топлива, и поэтому повышается масса автомобиля.

Для заправки газобаллонных автомобилей требуется строительство газонаполнительных станций, которые дороже, чем бензозаправочные станции. Кроме того, затруднён пуск двигателя зимой, особенно при температуре ниже – 15˚С (более высокая температура воспламенения газовоздушной смеси, меньшая скорость распространения пламени, отсутствие возможности создать в момент пуска оптимальный состав смеси). Наконец, требуется соблюдение дополнительных мер по безопасному обращению с газообразными веществами.

Однако основным сдерживающим фактором развития газового направления является крайне малое число заправочных газовых станций – в настоящее время на газе работает только около 5% автомобилей. По прогнозам до 2021 г. число газобаллонных автомобилей возрастёт в 2 раза.

Газовое топливо, применяемое для автомобилей, находится в сжиженном или сжатом состоянии, поэтому газобаллонные автомобили подразделяются на автомобили, работающие на сжиженном или сжатом газе, и используются баллоны соответствующих конструкций.

Газобаллонные автомобили в зависимости от конструктивных особенностей могут работать либо только на газовом топливе, либо на газе и жидком топливе – бензине. Универсальность дает возможность переключать автомобиль на тот или иной вид топлива в зависимости от его наличия в автотранспортной организации и устраняет простои автомобиля из-за отсутствия топлива, но усложняет и удорожает конструкцию.

Для газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженном газе, ГОСТ 27578 – 87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта» устанавливает следующие марки сжиженных газов:

ПА – пропан автомобильный для применения в зимний период при температуре – 20…. – 30˚С;

ПБА – пропан-бутан автомобильный для применения при температуре не ниже – 20˚С.

К сжатым относятся газы, которые при нормальной температуре сохраняют газообразное состояние даже при высоком давлении. Характерным представителем сжатых газов является природный газ. Основным компонентом сжатого газа является метан (82…98%), наряду с ним входят другие углеводороды, СО2, О2, N2, H2S, тиолы (R-SH), а также механические примеси и влага, содержание которых ограничивается.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ: ответить на вопросы:

1. Что применяют для газобаллонных автомобилей в качестве топлива?

2. Какие газы относят к сжиженным?

3. Какие требования предъявляют к сжиженным газам?

4. Что входит в состав сжиженных газов?

5. Дайте характеристику этана, пропана, бутана и их производных газов.

6. Что относят к загрязняющим веществам в газах?

7. Для чего применяют одоризацию газа?

8. Каковы основные параметры, которые характеризуют сжиженные газы как топливо для двигателей автомобилей?

9. По каким критериям рассчитывается на прочность газовый баллон для автомобиля?

10. Как проявляется токсичность углеводородных газов на человека?

11. Преимущества и недостатки газового топлива.