Лабораторная работа № 1 Определение плотности авиационных топлив, авиационных масел и рабочих жидкостей (гост 3900-85)

Цель работы: определить с помощью ареометра плотность топлива и масла при комнатной температуре и привести это значение к стандартному.

Теоретические сведения

Плотность — это масса вещества, заключенная в единице объ­ема. Единица измерения плотности — килограмм на метр кубиче­ский или грамм на метр кубический (кг/м³ или г/м³). Плотность топлива изменяется с изменением температуры, поэтому для получения сравнимых результатов плотность следует измерять при одной и той же температуре. Если измерения производятся при другой температуре, то результаты необходимо привести к стан­дартной температуре 20 °С. В зарубежных и некоторых отечественных стандартах пределы плотности устанавливают при 15°С.

Плотность авиационных топлив, согласно техническим услови­ям, не должна быть меньше определенной величины. Например, плотность топлива ТС-1 при темпера­туре 20°С не должна быть меньше 775 кг/м³. В стандартах на автомобильные и авиационные бензины плотность не нормирована, однако определять её обязательно. Плотность получаемых и отпускаемых нефтепродуктов нужно знать для пересчёта из единиц массы в единицы объёма и обратно.

В процессе длительного хранения плотность авиационных топлив прак­тически не изменяется, поэтому рас­хождения значений при определении плотности могут появляться только за счет возможных ошибок при ее изме­рениях в результате неправильного отбора проб или при случайном сме­шении авиационных топлив различ­ных марок.

Плотность авиационного топлива является важным показателем при определении часового расхода и при настройке топливорегулирующей аппаратуры двигателей. Она играет большое значение при эксплуатации самолетов, влияя на дальность и продолжительность полета.

Плотность авиационных топлив измеряется ареометром для нефти по ГОСТ 3900—85 (рис.1), гидроста­тическими весами или пикнометром. В лабораториях ГСМ предприятий ГА плотность авиационных топлив обычно измеряется ареометром.

Плотность авиационных масел и рабочих жидкостей также измеряется ареометром для нефти по ГОСТ 3900—85. Особенность измерения плотности авиационных масел и рабочих жидкостей, в отличие от измерения плотности авиационных топлив, заключается в том, что в этом случае следует учитывать вязкость, так как в вязкие нефтепродукты ареометр погружается с трудом. Поэтому вязкие авиационные масла и рабочие жидкости необходимо предвари­тельно разбавлять растворителем.

Ареометр (нефтеденсиметр) представляет собой стеклянный пустотелый поплавок, внизу которого находится балласт, а сверху тонкая трубка со шкалой. Некоторые ареометры снабжены внутренним термометром.

Аппаратура, реактивы и материалы

Ареометр для нефти АНТ-1 или АНТ-2, или АН

Цилиндр для ареометра стеклян­ный

Термометр ртутный стеклянный

Подготовка к испытанию

Испытуемое авиационное топливо в плотно закрытой бутылке выдержи­вают при температуре окружающей среды до тех пор, пока его температу­ра не будет отличаться от темпера­туры окружающей среды не более чем на ± 3°С.

Цилиндр, в котором предполагается производить измерения плотности выбирают такой вместимости, чтобы при помещении в пробу авиационного топлива объемом 250 см³ ареометра последний мог погружаться на всю высоту и при этом не касать­ся стенок.

Пробы авиационных масел, плотность которых необходимо определить, выдерживаются в плотно закрытой посуде до тех пор, пока их температура не станет равной температуре окружающей среды. Обычно для этого достаточно нескольких часов.

Проведение испытания

Чистый и сухой ареометр медленно и осторожно погружают, держа его за верхний конец, в пробу авиационного топлива до деления на шкале плотности, соответствующего ожидаемой плот­ности или пока не станет очевидным, что он плавает. После того, как ареометр установится и прекратятся его колебания, произво­дят отсчет по верхнему краю мениска. При отсчете глаз оператора должен находиться на уровне мениска. Ареометр не должен ка­саться стенок или дна цилиндра. На поверхности ареометра не должно быть пузырьков воздуха.

Температуру авиационного топлива в цилиндре определяют по термометру ареометра. Если в ареометре нет термометра, температуру авиационного топлива определяют другим термометром до и после измерения плотности.

Измерение плотности авиационных масел, имеющих вязкость при температуре 50 °С менее 200 мм²/с (сСт), например, масла МС-8, вязкость которого при этой температуре 8 мм²/с (сСт), про­изводят так же, как и измерение плотности авиационных топлив. При этом температурную поправку определяют по табл. 2.

Авиационные масла, имеющие вязкость при температуре 50 °С более 200 мм²/с (сСт), разбавляют точно равным объемом авиаци­онного топлива известной плотности. Определение плотности ма­ловязких авиационных масел и рабочих жидкостей проводится по методике определения плотности авиационных топлив.

Обработка результатов

Плотность авиационного топлива при температуре испытания определяется путем отсчета по шкале ареометра.

Для приведения измеренной плотности к плотности при темпера­туре 20 °С (р²⁰) пользуются формулой

р²⁰ = ρ^t + γ(t-20)

где ρ^t — плотность авиационного топлива при температуре испы­тания, кг/м³;

γ — средняя температурная поправка плотности, которую

определяют по табл. 1;

t — температура, при которой проводится испытание, °С.

Результат расчета округляют до тысячных долей.

Расхождения между последовательными определениями не должны превышать при измерении ареометрами: — АНТ-1 и АН — 0,5 кг/м³; -АНТ-2 — 1 кг/м³.

Пример 1. Температура, при которой проводится испытание, равна 25 °С, уста­новившийся уровень авиационного топлива на ареометре находится между делением 778 и 779. Можно выбирать любое значение. Выбрав значение 778, по табл. 8.1 находим, что для данного значения плотности средняя темпе­ратурная поправка составляет 0,805. Определяем плотность при температуре 20 °С.

р²⁰= 778 + 0,805 (25 - 20) = 782. р²⁰ = 782 кг/м³.

Пример 2. Температура, при которой проводится испытание, равна -5 °С, уста­новившийся уровень авиационного топлива на ареометре находится на деле­нии 797. По таблице находим, что для данного значения плотности средняя температурная поправка составляет 0,778. Определяем плотность при темпе­ратуре 20 °С.

р²⁰ ₌ 797 + 0,778 (-5 - 20) = 797 - 25·0,778 = 797 - 19 = 778. р²⁰ = 778 кг/м³.

Средние температурные поправки

при определении плотности авиационных топлив

Таблица 1

Плотность, кг/м^3	Температурная поправка на 1°С
690,0-699,9	0,910
700,0-709,9	0,897
710,0-719,9	0,884
720,0-729,9	0,870
730,0-739,9	0,857
740,0-749,9	0,844
750,0-759,9	0,831
760,0-769,9	0,818
770,0-779,9	0,805
780,0-789,9	0,792
790,0-799,9	0,778
800,0-809,9	0,765
810,0-819,9	0,752
820,0-829,9	0,738
830,0-839,9	0,725
840,0-849,9	0,712

Средние температурные поправки при определении плотности авиационных масел и рабочих жидкостей

Таблица 2

Плотность, г/см^3	Темпера­турная поправка на 1°С, г/см^3	Плотность, г/см^3	Темпера­турная поправка на 1 "С, г/см^3
0,8500—0,8599 0,8600—0,8699 0,8700—0,8799 0,8800—0,8899 0,8900—0,8999 0,9000—0,9099 0,9100—0,9199	0,000699 0,000686 0,000673 0,000660 0,000647 0,000633 0,000620	0,9200—0,9299 0,9300—0,9399 0,9400—0,9499 0,9500—0,9599 0,9600—0,9699 0,9700—0,9799 0,9800—0,9899 0,9900—1,0000	0,000607 0,000534 0,000581 0,000567 0,000554 0,000541 0,000528 0,000515

Плотность высоковязких авиационных масел (ρ) определяют по формуле

ρ = 2 ρ₁ — ρ₂,

где ρ₁ — плотность смеси авиационного масла с разбавителем, г/см³;

ρ₂ — плотность разбавителя, г/см³.

Расхождения между последовательными определениями не должны превышать:

— при применении ареометров АН, АНТ-1—0,0005 г/см³;

— при применении ареометра АНТ-2—0,001 г/см³.

Практические рекомендации

При измерениях плотности авиационного топлива, величина ко­торой заранее неизвестна, необходимо пользоваться набором арео­метров для нефти. Начинать измерения следует ареометром, шкала плотности которого имеет наименьшие значения, а затем, если он не погружается до уровня шкалы, выбирать ареометр со шкалой плотности больших значений и т.д.

Измерительный цилиндр устанавливают на прочной подставке и наклеивают на него бумажную метку на уровне 250 см³. Арео­метр в авиационное топливо следует погружать осторожно, так как иначе он может удариться о дно измерительного цилиндра и разбиться.

Проба авиационного топлива должна иметь температуру окру­жающей среды посредством естественного нагрева при отстаива­нии. Производить принудительный нагрев пробы авиационного бензина запрещается.

При подготовке к испытанию в целях сокращения времени ана­лиза целесообразно температуру пробы авиационного масла и ра­бочей жидкости доводить до температуры окружающей среды путем принудительного нагрева или охлаждения с соблюдением мер предосторожности, определяемых правилами пожарной безо­пасности.

Если измеряется плотность высоковязких авиационных масел т. е. в том случае, когда разбавителем является керосин, необхо­димо выровнять температуру авиационного масла и разбавителя а затем перемешать смесь до получения однородной массы В про­тивном случае в верхнем и нижнем слоях смеси вязкость может существенно отличаться.

Равные по объему части авиационного масла и рабочей жид­кости и разбавителя отмеряются измерительным цилиндром.

Контрольные вопросы

1. Дать определение плотности.

2. В каких единицах измеряется плотность в системе СИ?

3. Какой фактор влияет на изменение плотности?

4. Какая температура считается стандартной при определении плотности?

5. Для чего необходимо знать плотность топлива?

6. От чего зависит плотность авиационных масел?

7. Какие способы существуют для определения плотности?

8. На чем основан ареометрический способ определения плотности?

9. Определить плотность авиационного топлива при 20°С, если при температуре испытания - 6°С установившийся уровень топлива ареометра находиться на делении 798.

10. Как измеряют плотность маловязких и высоковязких авиационных масел?

11. Пределы изменения плотности авиабензинов, ракетных топлив (например ТС-1), авиационных масел и рабочих жидкостей.

12. На какие эксплуатационные свойства влияет плотность топлив?