Лабораторный практикум ЭМ июнь 2012 КРАСНОЯРСК

Рис. 14. Дистилляционная кривая

Полученные данные по ГОСТ 2177-82 и ASTM D86-95 сводим в таблицу, сравниваем с показателями стандартных топлив, строим графические зависимости, определяем класс топлива по испаряемости и делаем выводы о его соответствии стандарту.

Определение октанового числа бензинов

Детонационную стойкость бензинов общепринято оценивать по октановому числу. Октановым числом называется процентное содержание (по объему) изооктана в его смеси с нормальным гептаном при условии, что эта смесь при стандартном методе испытания обладает такой же детонационной стойкостью, что и испытуемое топливо.

Определяют октановое число топлива на установке с одноцилиндровым двигателем, степень сжатия которого можно изменить от 4 до 10.

В нашей стране приняты два метода определения октановых чисел автомобильных бензинов: моторный и исследовательский, которые отличаются только режимом работы моторной установки. В обоих случаях испытания проводят на универсальной установке УИТ–65. Оценки октанового числа одновременно двумя методами дают возможность определить чувствительность топлива к изменению режима работы двигателя. Октановое число, определенное исследовательским методом, всегда выше октанового числа, определенного моторным методом, на 4–10 единиц.

Октановое число топлива может быть рассчитано по формуле:

	ОЧ 120 - 2	tср 58		,	(5)
		5 420

101

	=	нв+ кв	,	(6)
ср	2

где tср – средняя температура выкапания топлива; tнв – температура начала выкипания; tкв – температура конца выкипания; 420 – плотность топлива при 20 ºС.

Полученный результат должен приближенно соответствовать октановому числу, определенному исследовательским методом.

Результаты определения фракционного состава, октанового числа и других показателей качества топлива, вычисленные приближенно по формулам, сравнивают с нормами государственного стандарта на бензин (прил. П 1) и дают заключение о качестве испытуемого топлива и особенностях использования его при эксплуатации автомобильных двигателей.

Определение давления насыщенных паров бензина

Цель работы: по результатам, полученным при выполнении работы, определить класс испаряемости бензина, сделать вывод о его испаряемости, пусковых свойствах и соответствии стандарту.

Приборы и реактивы

Аппарат для определения давления насыщенных паров (рис. 15), холодильник, приспособление для переливания топлива, термометры, термостат, испытуемое топливо, вода дистиллированная.

Краткие теоретические сведения

Давление, развиваемое парами топлива в момент равновесия между жидкой и паровой фазами, называют давлением насыщенных паров

Оно определяет процесс испарения топлива. Чем больше давление, тем быстрее испаряется топливо. Поэтому данный показатель лимитируется только в условиях предупреждения образования паро-воздушных пробок.

Образование паровых пробок зависит от испаряемости бензина, температуры и конструкции двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, ниже температура начала кипения и перегонки 10% и больше объем фракции, выкипающей при температуре 70 ºС, тем больше его склонность к образованию паровых пробок. Эта зависимость имеет линейный характер и определяется из следующего выражения:

102

ИПП=10ДНП+7V70

где: ИПП – индекс паровых пробок; ДНП – давление насыщенных паров бензина, кПа; V70 – объем бензина выкипающего при температуре до 70 С, мл.

Давление насыщенных паров многокомпонентной жидкости зависит не только от свойства отдельных компонентов, но и от соотношения жидкой и паровой фаз. В жидкой фазе всегда меньше легких компонентов, чем в паровой. Поэтому при определении давления насыщенных паров бензинов берется отношение) паровая фаза жидкий бензин 4:1.

Вреальных условиях испарения топлива соотношение его паровой и жидкой фаз значительно больше. Например, на установившемся режиме работы во впускном трубопроводе прогретого двигателя соотношение указанных фаз может достигать 9–12 тысяч, при пуске холодного двигателя оно уменьшается до 700 и даже до 500.

Внашей стране применяют два метода определения давления насыщенных паров топлива: по ГОСТ 1756–52 в металлической «Бомбе Рейда», или в аппарате с механическим диспергированием типа «Вихрь» (ГОСТ 28781-90). Наиболее широко распространен метод определения давления насыщенных паров в металлической «Бомбе Рейда» при соотношении паровоздушной и жидкой фаз (3,8–4,2:1) и t = 38 ºC (рис. 15).

1	5
2
3	6
4
	7
	8

Рис. 15. Термостат для определения давления насыщенных паров топлива: 1 – блок управления и регулирования; 2 – резервуар для размещения датчиков температуры и нагревателя; 3 – центробежный насос; 4 – выходной патрубок насоса; 5 – манометр; 6 –бомба Рейда; 7 – теплообменник; 8 – сливной кран

103

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Рис. 16. Панель блока управления термостатом: 1– включения нагревателя; 2 – индикатор вывода текущей температуры; 3 – индикатор установки температуры; 4 – индикаторное табло; 5 – манометр; 6 – кнопка увеличения температуры; 7 – уменьшения температуры; 8 – кнопка режима коррекции температуры; 9 – сетевой выключатель

Порядок выполнения работы

1.Заполнить термостат водой и включить нагреватель. Кнопками коррекции установить температуру 38 ºС.

2.Отсоединить воздушную камеру от топливной и ополоснуть ее дистиллированной водой.

3.Замерить температуру в воздушной камере.

4.Топливную камеру, образец топлива и переливное устройство охладить в холодильнике до температуры 0 ºС.

5.Заполнить топливную камеру охлажденным топливом, соединить ее

своздушной камерой, а последнюю – с манометром. Операцию сборки производить быстро и без суеты.

6.Опрокинуть и встряхнуть бомбу несколько раз, перемешав топливо

своздухом. Затем погрузить бомбу в водяную баню. Температуру водяной бани поддерживать равной (37,8 0,3) ºС и следить за тем, чтобы не было утечки паров топлива.

7.Открыть кран и, спустя 5 минут, отметить давление по показаниям манометра.

8.Закрыть кран, вынуть бомбу из бани, опрокинуть, сильно встряхивая, и снова поставить в водяную баню. Повторять эти операции через каждые 2 минуты до тех пор, пока показания манометра перестанут меняться.

104

9. Отметить установившееся давление Р1 в мм рт. ст. как «не исправленное давление насыщенных паров» испытуемого топлива.

Для учета давления воздуха и водяных паров, находившихся в верхней камере прибора, необходимо внести поправку ( Р ) в мм рт. ст., которую вычислить по формуле:

Р	(Ра	Рt ) (t 38)	P38	Pt ,	(7)
		273 t
где: Pa – атмосферное давление в месте испытания, мм рт. ст.; Рt					– давле-

ние насыщенных паров воды при исходной температуре воздуха, мм рт. ст.

(табл. 22); t – исходная температура воздуха ºС; Р38					– давление насыщен-
ных паров воды при 38ºС, мм рт. ст. (см. табл. 59).
						Таблица 59
Давление насыщенных паров воды при исходной температуре воздуха
t ºC	Рt ,	t ºС	Рt ,		tºС	Рt ,
	мм рт. ст.		мм рт. ст.			мм рт. ст.
10	9,209	21	18,65		32	35,66
11	9,84	22	19,83		33	37,73
12	10,52	23	21,07		34	39,90
13	11,23	24	22,38		35	42,18
14	11,99	25	23,76		36	44,56
15	12,79	26	25,21		37	47,07
16	13,63	27	26,74		38	49,69
17	14,53	28	28,35		39	52,44
18	15,48	29	30,40		40	55,32
19	16,48	30	31,82		41	58,34
20	17,54	31	37,70		42	61,50

Следовательно, давление насыщенных паров испытуемого топлива (Р) в мм рт. ст. определяется из выражения

Р Р1	Р	(8)

105

Для упрощения расчетов в прил. П 17 приведены поправки Р . Полученный результат сравнить с нормами ГОСТа на давление на-

сыщенных паров различных марок бензинов.

Определить склонность исследуемых бензинов к образованию паровых пробок в системе питания двигателя. По давлению насыщенных паров (ДНП), которое будет равно расчетному значению Р мм.рт.ст. и значению V70 – объему бензина выкипающего при температуре до 70 ºС, мл., эта величина берется из результатов определения фракционного состава.

По результатам внешнего осмотра бензина, определению водорастворимых кислот и щелочей, фракционному составу, октановому числу и индексу паровых пробок определить соответствие его стандарту. Стандарты на автомобильные бензины приведены в прил. П 1.

Выводы по лабораторной работе делаем путем сравнения используемого топлива с ближайшим образцом стандартного и заносим в таблицу.

Сводная таблица показателей исследованного бензина

		Показатели качества
Топливо	плотность	содержание	фракционный состав
		кислот						Рнас	ИПП	ОЧ
	Q
		и щелочей	tн.к.	t10	t50	t90	tк.к.
испытуемое
стандартное
		Контрольные вопросы

1.Углеводородный состав автомобильных бензинов.

2.Основные показатели качества автомобильных бензинов нормируемые стандартами.

3.Понятие о нормальном сгорании бензина в ДВС.

4.Понятие о детонационном сгорании бензина в ДВС.

5.Причины образования в бензине смолистых веществ.

6.Методы определения испаряемости бензинов.

106

Лабораторная работа № 2

Определение показателей качества дизельных топлив

Цель работы: определить основные показатели качества дизельного топлива и дать заключение о возможности его применения.

Инструкция по технике безопасности для лабораторной работы № 2

При выполнении лабораторной работы необходимо соблюдать максимальную осторожность в обращении с электронагревательными приборами. Выполнять необходимо только ту работу, которая поручена и разрешена преподавателем.

При выполнении работы:

1)запрещается принимать пищу, пить воду и т. д.;

2)при нагревании жидкости во время проведения опыта запрещается наклоняться над сосудом;

3)по окончании работы выключить все приборы, проветрить поме-

щение;

4)тщательно вымыть руки.

Определение вязкости дизельного топлива

Приборы и оборудование

Капиллярный вискозиметр, водяной термостат с электроподогревом и мешалкой, секундомер, стакан емкостью 50–100 мл, образец дизельного топлива.

Краткие теоретические сведения

Одним из основных показателей качества дизельных топлив, нормируемых стандартом (прил. П 5), является вязкость. Вязкость влияет на прокачиваемость топлива по системе питания, на износ приборов системы питания и процесс смесеобразования.

Вязкость – это внутреннее трение между частицами жидкости, т. е. сопротивление, которое оказывают частицы жидкости их взаимному перемещению под действием внешних сил. Вязкость можно измерять в абсолютных (динамическая, кинематическая) и условных единицах.

Для дизельных топлив принято оценивать кинематическую вязкость. Она показывает отношение динамической вязкости к плотности жидкости при той же температуре.

107

Единицей измерения кинематической вязкости является стокс. Сотая доля стокса называется сантистоксом и обозначается 1 сСт.

Слишком большая вязкость топлива затрудняет прокачиваемость его через фильтры и трубопроводы, а также приводит к плохому распылению при впрыске в цилиндры двигателя.

При малой вязкости ухудшается смазка топливного насоса, возрастает износ плунжерных пар, сокращается цикловая подача из-за подтекания топлива. На этом основании стандартом ограничены верхний и нижний пределы вязкости дизельных топлив.

Кинематическая вязкость обычно определяется в капиллярном вискозиметре. Для этих целей обычно используются вискозиметры ВПЖ-2 по ГОСТ 10028–67 (рис. 17) или типа Пинкевича (рис. 18).

2

3

М1

М2

1

7

4

5

6

Рис. 17. Капиллярный вискозиметр ВПЖ-2.: 1 – узкое колено вискозиметра; 2 – широкое колено; 3 – отводная трубка; 4 – нижнее расширение; 5 – капилляр;

6 – расширение вискозиметра; 7 – верхнее расширение; М1, М2 – метки

108

2

3

М1

М2

6

1

7

4

5

Рис. 18. Капиллярный вискозиметр Пинкевича: 1 – узкое колено вискозиметра; 2 – широкое колено; 3 – отводная трубка; 4 – нижнее расширение; 5 – капилляр; 6 – расширение вискозиметра; 7 – верхнее расширение; М1, М2 – метки

Для определения кинематической вязкости используемой жидкости при стандартных условиях, замеряют время протекания объема жидкости между метками М1 и М2 через капилляр в расширение 6.

Кинематическая вязкость испытуемой жидкости (в случае ламинарного потока) прямо пропорциональна времени истечения:

t	с ,	(9)

где t – кинематическая вязкость, сСт; с – постоянная вискозиметра, зави-

сящая от геометрических размеров прибора, сСт/с; – время истечения жидкости, с.

Постоянная вискозиметра равна отношению кинематической вязко-

109

сти калиброванной жидкости при температуре 20 °С к среднему времени истечения ее через капилляр вискозиметра:

С	20	.	(10)

Порядок выполнения работ

Наливаем в стакан 30–40 мл дизельного топлива, не содержащего воды и механических примесей. Надев на отводную трубку 3 вискозиметра (см. рис. 17, 18) резиновую трубку длиной 15–20 см перевернуть вискозиметр и опустить его узкое колено 1 в стакан с образцом топлива.

Зажать большим пальцем правой руки широкое колено 2 и, взяв свободный конец резиновой трубки в рот, засосать образец дизельного топлива. Оно должно заполнить без пузырьков и разрывов всю внутреннюю полость от конца колена 1 до метки М2. В тот момент, когда уровень топлива (при засасывании) достигнет метки повернуть вискозиметр в нормальное положение, освободить от зажатия широкое колено и снять резиновую трубку.

Надеть на узкое колено 1 резиновую трубку, погрузить вискозиметр (примерно до середины верхнего расширения 7) в воду, налитую в стакан, надеть резиновый манжет на широкое колено 2 и осторожно закрепить его в зажиме штатива, обратив особое внимание на то, чтобы вискозиметр принял вертикальное положение.

При работе с вискозиметром необходимо проявлять максимум осторожности, чтобы не сломать и не загрязнить его. Для этого необходимо соблюдать следующие правила:

–при заполнении, установке и других операциях держать вискозиметр только за одно колено (широкое или узкое);

–надевая или снимая резиновую трубку, держать вискозиметр за то колено, на которое надевается или с которого снимается эта трубка;

–не затягивать чрезмерно зажим при закреплении вискозиметра в штативе.

Установить и поддерживать в термостате необходимую для испытания температуру (20 ± 0,1 ºС). Контроль температуры вести по термометру с ценой шкалы давления 0,1 ºС (рис. 19).

Необходимо избегать перегрева жидкости в термостате сверх заданной температуры, что достигается медленным нагреванием стакана, начиная с того момента, когда температура станет на 3–5 °C ниже заданной.

Выдержать вискозиметр с дизельным топливом при температуре испытания в течение 10 мин.

110