Лабораторный практикум ЭМ июнь 2012 КРАСНОЯРСК

1

2

			3
	6

		4
5

Рис. 19. Прибор для определения кинематической вязкости: 1 – термометр; 2 – капиллярный вискозиметр; 3 – резиновая груша; 4 – электроподогрев; 5 – капилляр вискозиметра; 6 – термостат

1.Медленно засосать дизельное топливо, находящееся во время тер-

мостатирования в расширении 6, в узкое колено немного выше метки М1 (рис. 17, 18), следя за тем, чтобы в капилляре 5 и в расширении 4 не образовывалось пузырьков воздуха и разрыва жидкости.

Наблюдая за опусканием жидкости в расширении, включить секун-

домер в момент прохождения уровня жидкости через метку М1.

Записав время истечения, отмеченное секундомером, с точностью до 0,2 с, повторить опыт не менее двух раз, чтобы получить три замера, отличающихся друг от друга не более чем на 0,5.

2.Вычислить кинематическую вязкость испытуемого дизельного топлива при температуре испытания по формуле:

= с ∙

Постоянную вискозиметра С взять из паспорта. Значение берется как среднее арифметическое из трех отсчетов времени истечения испытуемого топлива.

111

Результаты вычисления выразить в сСт и округлить, оставив три значащих цифры (например 0,835; 0,883).

Определение плотности дизельного топлива производится так же, как и для бензинов (см. лабораторную работу № 1).

Определение цетанового числа и дизельного индекса

Краткие теоретические сведения

Цетановое число – показатель самовоспламеняемости топлива, численно он равен такому содержанию цетана (в объемн. %) в смеси с альфаметилнафталином, при котором самовоспламеняемость этой смеси и сравниваемого с ней испытуемого топлива одинакова. Определяют цетановые числа на установках ИТ9-3 и ИT9-3M.

Степень сжатия на установках можно менять от 6,8 до 23,5. Определяется цетановое число путем сопоставления самовоспламеняемости испытуемого топлива с самовоспламеняемостью эталонного топлива.

Эталонное топливо состоит из смеси двух углеводородов: цетана и α- метилнафталина. Цетан – углеводород парафинового ряда, обладает хорошей воспламеняемостью, его цетановое число принято за 100 ед., α-метил- нафталин – углеводород ароматического ряда, обладает плохой воспламеняемостью, цетановое число его принято за 0 ед. При смешании цетана с α- метилнафталином в различных пропорциях получаются смеси с цетановым числом от 0 до 100.

Принцип определения цетанового числа топлива состоит в том, что на установке при строго стандартных условиях сравнивают воспламеняемость топлива с воспламеняемостью эталонных смесей.

Существует несколько методов определения цетанового числа для топлив. Цетановое число топлива приближено может быть подсчитано по формуле

		1,5879
ЦЧ 20	17,8			,	(11)
			20
где 20 – вязкость топлива при 20 ºС;	20 – плотность топлива при 20 ºС.

Наиболее точным является расчетный метод определения цетанового числа (цетанового индекса) по ГОСТ 27768-88, исходя из плотности и 50 %- ной точки перегонки:

ЦИ = 454,74 – 1641,4d + 774,74d2 – 0,554t+ 97,803(lgt)2,

(12)

112

где d – плотность при 15 ºС, определенная по ГОСТ 3900–85, г/см3; t – температура кипения 50 %-ной (по объему) фракции с учетом поправки на нормальное барометрическое давление 101,3 кПа, определяемая по ГОСТ 2177–82, °С; lg – десятичный логарифм.

Использовать эту формулу можно только для продуктов прямой переработки нефти. Определение цетанового индекса дизельных топлив по ГОСТ 27768–88 внесено в ряд нормативных документов на дизельные топлива.

Цетановый индекс дистиллятных дизельных топлив может быть определен по номограмме (рис. 20). За рубежом для характеристики воспламеняемости топлива наряду с цетановым числом используют дизельный индекс. Этот показатель нормируется и в отечественной технической документации для дизельного топлива, поставляемого на экспорт, ТУ 38.401-58- 110–94.

ºС, г/см3	Цетаноый индекс	объему ) фракции, ºС
Плотность при 15		кипения 50 %-й (по
		Температура

Рис. 20. Номограмма для определения цетанового индекса

113

Дизельный индекс (ДИ) вычисляют по формуле:

		ДИ = ан 100	(13)
где tан –	анилиновая	точка (определяют в °С и пересчитывают	в °F:
1 °F = 9,5	°С + 32); d –	плотность, градусы APJ.

Между дизельным индексом и цетановым числом топлива существует зависимость:

Дизельный индекс	...................20	30	40	50	62	70	80
Цетановое число ....................	30	35	40	45	55	60	80

Определение температуры вспышки (в закрытом тигле)

Приборы и аппаратура Прибор для определения температуры вспышки в закрытом тигле ТВЗ, образец топлива – 100 мл.

Краткие теоретические сведения

Температурой вспышки называется минимальная температура, при которой смесь паров нефтепродукта (нагреваемого в строго определенных условиях) с воздухом вспыхивает при поднесении открытого пламени.

Температуру вспышки определяют для выявления в топливе количества фракций с высоким давлением насыщенных паров. Это показатель огнеопасности нефтепродуктов, который необходимо знать для правильной организации их хранения, транспортировки и применения.

Порядок выполнения работы

При определении температур необходимо учитывать, что они не являются абсолютными константами и целиком зависят от устройства прибора и методики определения.

Закрытый прибор для определения температуры вспышки (рис. 21) в соответствии с ГОСТ 1421-63 состоит из воздушной бани 13, окруженной металлической рубашкой, защищающей ее от проникновения топлива в окружающую среду. Внутрь воздушной бани вставляют тигель 14, в который наливают испытуемый продукт. Тигель 14 сверху закрывают плотно пригнанной крышкой 11, имеющей тубус для термометра 7, мешалку 12 и зажигательное устройство 6, которое наклоняется через имеющееся в

114

крышке отверстие в паровое пространство тигля. Уровень наполнения прибора испытуемым продуктом определяется кольцевой меткой с внутренней стороны тигля 14.

Перед испытанием нефтепродукт обезвоживают обработкой свежепрокаленной и охлажденной поваренной солью.

В совершенно сухой тигель осторожно наливают дизельное топливо, подлежащее испытанию. Тигель с дизельным топливом помещают в чугунную баню 14, накрывают крышкой 11 и вставляют в нее термометр.

Затем механизм привода мешалки привести в состояние сцепления с мешалкой. Тумблером 18 включить нагреватель, а ручку регулировки нагрева 19 поставить в положение соответствующее предполагаемой температуре вспышки топлива. Положение ручки регулировки нагрева 19 определяют по графику (рис. 22).

Рис. 21. Аппарат для определения температуры вспышки в закрытом тигле ТВЗ 1 – основание; 2 – блок управления; 3 – рукоятка; 4 – крючок; 5 – прижим;

6 – устройство зажигательное; 7 – термометр; 8 – мешалка; 9 – ручка; 10 – поводок; 11 – крышка; 12 – мешалка; 13 – баня воздушная; 14 – тигель; 15 – отражатель нижний; 16 – термоблок; 17 – колодка с герконом; 18 – тумблер; 19 – ручка регулировки нагрева

115

			tº вспышки
280
260
240
220
200
180
											5...6º с/		мин
160
140
120
100
80
60
			1º с/мин
40
																Делений
20
0			1	2		3	4		5	6		7		8		9	10

Рис. 22. График ориентировочного положения ручки регулятора нагрева в зависимости от предполагаемой температуры вспышки топлива

Зажигают фитиль зажигательного приспособления 7, заправленный легким маслом (швейным, трансформаторным), и регулируют так, чтобы форма его была близкой к шару диаметром 3–4 мм.

Начальный нагрев ведут со скоростью 1 °С в минуту для нефтепродуктов с температурой вспышки до 150 °С. При этом непрерывно перемешивают нефтепродукт мешалкой.

За 10 °С до ожидаемой температуры вспышки с помощью рычажного приспособления ручкой 9 открывают на 1 секунду окно зажигательного приспособления, чтобы зажечь пары нефтепродуктов. Эту операцию повторяют через 1 °С.

За температуру вспышки принимают температуру, показываемую термометром при появлении первого синего пламени над поверхностью нефтепродукта.

Расхождения между параллельными определениями температуры вспышки не должны превышать следующих величин отклонений от среднего арифметического сравниваемых результатов.

Температура вспышки	Допускаемые расхождения
до 50 °С	±1°С
выше 50 °С	±2°С
	116

С помощью барометра замеряют атмосферное давление. При барометрическом давлении, отличающемся от 760 мм рт. ст. на 15 мм и более, вводят в показанную термометром поправку

t 0,345(760 ),

(14)

где р – фактическое барометрическое давление, мм рт. ст.

Полученную температуру вспышки сравнить с требованиями ГОСТа и сделать заключение о еѐ соответствии эксплуатационным параметрам.

Определение коэффициента фильтруемости дизельного топлива

Приборы и оборудование

Прибор для определения коэффициента фильтруемости (рис. 23). фильтр из бумаги БФДТ диаметром 18–20 мм, секундомер, химический стакан вместимостью 400–500 мл, воронка стеклянная, мерный цилиндр, образец дизельного топлива 250 мл.

Краткие теоретические сведения

Топливная аппаратура современных дизельных ДВС предъявляет высокие требования к чистоте дизельного топлива. В топливе не должно содержаться механических примесей и воды.

Механические примеси и вода попадают в топливо при транспортировке, хранении и заправке машин, это, как правило, атмосферная пыль, продукты коррозии, микроорганизмы. Вода попадает в топливо в результате ее растворимости в углеводородах.

В соответствии с ГОСТ 305-82 массовое содержание механические примесей и воды в топливе для быстроходных дизелей равно 0. Однако в соответствии с чувствительностью метода оценки содержания механических примесей (ГОСТ 6370-83) и воды (ГОСТ 2477-65) за отсутствие загрязнений принимается наличие механических примесей до 0,005 % и воды до 0,03 % масс.

По данным многих исследований фактическое содержание механических примесей и воды в топливе на пунктах заправки автомобилей, а также в баках автомобилей составляет до 0,06 % и до 0,12 % по массе.

Для удаления загрязнений из топлива в системе питания дизельных ДВС устанавливают фильтры грубой и тонкой очистки, основной задачей которых является защита дорогостоящего насоса высокого давления от абразивного износа.

117

1

2

7

3

4

5

6

Рис. 23. Прибор для определения фильтруемости дизельного топлива: 1 – делительная воронка; 2 – зажим; 3 – градуированная стеклянная трубка с метками В, А, С;

4 – корпус фильтра; 5 – кран; 6 – стакан; 7 –штатив

Тонкость очистки топлива регламентируется величиной зазора в плунжерных парах и равна 3 мкм. Для изготовления фильтров тонкой очистки типа витая штора используется специальная бумага (БФДТ – бумага фильтровальная для дизельного топлива с тонкостью отсева 3 мкм). Большое количество загрязнений в топливе снижает ресурс фильтрующих элементов, срок замены которых устанавливается кратным ТО-2.

118

Источником загрязнения фильтрующей поверхности являются также загрязнения органического характера, значительную часть которых могут составлять образования нафтенатов солей металлов из имеющихся в топливе нафтеновых кислот. Нафтенаты содержатся в топливе в виде студнеобразных включений и способны забивать фильтрующие поверхности. Наличие в дизельном топливе загрязнений, способных закупоривать поры бумажных фильтров и нарушать работу топливной аппаратуры, к которым относятся смолы, сернистые соединения нафтенаты, вода, механические примеси, регламентируется коэффициентом фильтруемости (Кф). Коэффициент фильтруемости тем выше, чем больше в топливе примесей, но для всех марок автомобильного дизельного топлива он не должен быть более 3 единиц (оценивается согласно ГОСТ 19006-73).

Порядок выполнения работы

Испытуемое топливо в объеме 250 мл отбирают в темную стеклянную посуду. Определение коэффициента фильтруемости производится не позднее чем через 4 дня после отбора пробы топлива. Испытания можно проводить при температуре 10–30 °С, после выдержки топлива при этой температуре в течение 15 минут.

Сущность метода заключается в определении коэффициента фильтруемости топлива по изменению пропускной способности фильтра при пропускании через него топлива и последовательном измерении времени истечения 10 объемов по 2 мл.

После размещения фильтра в корпусе прибор устанавливают на штативе, перекрывают сливные краны. Тщательно перемешанное топливо в объеме 50 мл заливают в делительную воронку, после чего этим топливом заполняют стеклянную трубку до метки В. Делительную воронку вновь заполняют топливом до объема 50 мл.

После 2 мин выдержки топлива в приборе открывают кран, одновременно включая секундомер, и измеряют время истечения 2 мл топлива (V1 за t1) от верхней метки градуированной трубки В до средней метки А.

Не прекращая фильтрования, в градуированную трубку прибора из делительной воронки заливают 5 мл топлива (V2) и, когда уровень топлива достигнет верхней метки В, вновь измеряют время истечения 2 мл топлива от метки В до метки А. Для определения коэффициента фильтруемости проводят 10 аналогичных замеров, при этом 5 мл топлива следует добавлять тогда, когда уровень топлива в градуированной трубке отпустится не ниже метки С.

Результаты измерений заносят в таблицу, определяют коэффициент фильтруемости Кф для каждого замера, который выражается отношением каждого последующего времени фильтрации (tn ) к первоначальному (t1).

119

Коэффициентом фильтруемости, величина которого включена в стандарт на дизельные топлива, является отношение времени истечения десятого объема в секундах (t10) ко времени истечения первого объема в секундах (t1):

K

t10

(15)

ф t1

За результат испытания принимают среднее арифметическое двух параллельных измерений, допускаемые расхождения которых не должны превышать 10 % от величины меньшего результата. По результатам расчетов строится график зависимости коэффициента фильтруемости от количества топлива, прошедшего через фильтр.

Полученный результат сравнить с нормами государственного стандарта на коэффициент фильтруемости дизельных топлив.

Объяснить причины, приводящие к увеличению коэффициента фильтруемости, и его влияние на технико-экономические показатели работы дизельных ДВС.

Данные, полученные при выполнении работы – вязкость, плотность, цетановое число, температура вспышки, коэффициент фильтруемости, сравниваются с нормами государственного стандарта на дизельные топлива (прил. П 5) и дается заключение на соответствие испытуемого образца дизельного топлива нормам.

Определение низкотемпературных свойств дизельного топлива

Приборы и оборудование

Прибор для определение низкотемпературных показателей нефтепродуктов ИНПН, бюретка для заполнения пробирок, образец топлива

Описание прибора ИНПН

Определение температуры помутнения, предельной температуры фильтруемости, температуры застывания дизельных топлив.

Принцип действия прибора ИНПН основан на измерении оптической проницаемости дизельных топлив при постепенном понижении температуры пробы. Измерение и анализ результата измерения осуществляется электронным блоком управления в реальном масштабе времени.

Сущность метода состоит в регистрации амплитуды инфракрасного светового потока, излучаемого одним светодиодом, и принимаемым другим светодиодом, размещенным по другую сторону пробирки с пробой.

Температура помутнения определяется в момент начала помутнения

120