Название: Эксплуатационные материалы и экономия топливно-энергетических ресурсов - ( В.П. Гилета, А.Б. Красил)

Жанр: Технические

Просмотров: 952


3.5. определение давления насыщенных паров

 

Оборудование и материалы: аппарат Рейда; манометр; контейнер для подготовки пробы; водяная баня; устройство для перелива пробы; проба испытуемого бензина.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Заполнить контейнер на 70…80 \% его объема испытуемым топливом.

2. Контейнер с пробой поместить в холодную водяную баню или холодильник и охладить то 0…1 °С.

3. Охлажденный контейнер вынуть из холодильника, открыть и проверить уровень жидкости, при необходимости долить топливо. Правильно заполненный контейнер закрыть, энергично встряхнуть и снова поместить в холодильник или охлаждающую водяную баню.

4. Открытую жидкостную камеру и устройство для перелива пробы полностью погрузить в водяную охлаждающую баню или холодильник на время, достаточное для достижения в камере и переходнике температуры 0…1 °С.

5. Охлажденную жидкостную камеру быстро опорожнить, надеть ее на трубку устройства для перелива. Эту систему (контейнер, трубка и жидкостная камера) быстро перевернуть, чтобы жидкостная камера оказалась в вертикальном положении на одной оси с трубкой перелива, которая должна находиться в жидкостной камере на расстоянии 6 мм от дна камеры (рис. 6).

6. Жидкостную камеру наполнить пробой до краев, слегка постукивая по жидкостной камере для удаления из пробы воздушных пузырьков. Если уровень пробы уменьшается, камеру снова долить до краев.

7. В жидкостную камеру добавить избыток пробы до перелива.

8. Вынуть воздушную камеру из водяной бани с температурой 37,8 °С.

9. Воздушную и жидкостную камеры соединить за  короткий период времени. Полная сборка аппарата после наполнения жидкостной камеры должна быть произведена не более чем за 20 с.

10. Собранный аппарат перевернуть вверх дном для перелива пробы из жидкостной камеры в воздушную и энергично встряхнуть в направлении, параллельном оси аппарата. Погрузить аппарат в наклонном положении в баню, отрегулированную на температуру (37,8 ± 0,1) °С, чтобы переходник жидкостной и воздушных камер располагался ниже уровня воды в бане и определить есть ли утечка.

 

11. Если утечки не наблюдается аппарат погрузить в баню, чтобы уровень жидкости располагался не менее чем на 25 мм выше верхней части воздушной камеры.

 

6

 

           а                      б                      в                                   г

 

Рис. 6. Перенос пробы:

а – контейнер с пробой; б – контейнер с устройством для переноса пробы;

в – жидкостная камера, помещенная над контейнером, с устройством для

переноса пробы; г – положение системы при переноске пробы:

 

     1 – жидкость; 2 – пар; 3 – устройство для переноса охлажденной пробы;

4 – охлажденная жидкостная камера; 5 – охлажденная проба

 

12. Выдержать аппарат в погруженном состоянии 5 мин и снять показания манометра.

13. Вынуть как можно быстрее аппарат из бани, опрокинуть, энергично встряхнуть и снова поместить в баню. Для обеспечения условий равновесия повторить перемешивание и снять показание прибора не менее пяти раз с интервалами не менее

2 мин, пока два последовательных наблюдения не будут идентичны.

Показание манометра снимают с точностью до 0,25 кПа для манометров с ценой деления 0,5 кПа и с точностью 0,5 кПа – для манометров с ценой деления 1,0…2,5 кПа.

Полученное значение отмечается как «нескорректированное давление насыщенных паров» испытуемой пробы.

14. В показатель «нескорректированное давление насыщенных паров» внести поправку DР на изменение давления воздуха и насыщенных паров воды в воздушной камере, вызванное различием между исходной температурой и температурой водяной бани.

Поправку DР, кПа вычисляют по формуле

                    (5)

где Pa – атмосферное давление на месте проведения испытания, кПа; Pt – давление насыщенных паров воды при исходной температуре воздуха, кПа; t – исходная температура воздуха, °С; P37,8 – давление насыщенных паров воды при температуре

37,8 °С, кПа.

 

15. Окончательное значение давления насыщенных паров топлива занести в отчет.

 

3.6. Определение содержания водорастворимых кислот

и щелочей

 

Оборудование и материалы: воронка делительная; пробирки; штатив; цилиндр мерный на 10 мл; дисциллированная вода; стакан химический; фенолфталеин (1\%-й спиртовой раствор); метилоранж (0,02\%-й водный раствор); образец бензина.

 

Порядок выполнения

 

1. Пробу топлива, подготовленную для испытания, хорошо перемешать трехминутным встряхиванием в склянке.

2. Из перемешанной пробы отмерить мерным цилиндром 10 мл топлива и слить в делительную воронку.

3. Отмерить 10 мл дистиллированной воды и также слить в воронку.

4. Воронку делительную закрыть пробкой, снять со штатива и содержимое перемешать взбалтыванием (но не слишком энергично) в течение 30 – 40 с.

5. После взбалтывания воронку опять укрепить на штативе.

6. После отстаивания водную вытяжку слить в стакан.

7. Водную вытяжку из стакана налить в две пробирки.

8. В одну из пробирок с водной вытяжкой испытуемого топлива прибавить две капли раствора метилоранжа, а в другую – три капли спиртового раствора фенолфталеина и содержимое в обеих пробирках хорошо взболтать. Сопоставляя получившиеся цвета индикаторов с данными табл. 2, сделать заключение  о наличии или отсутствии в испытуемом образце водорастворимых кислот или щелочей.

                                     Таблица 2

Окраска индикаторов в различных средах

Среда

Метилоранж

Фенолфталеин

Щелочная

Желтая

Малиновая

Нейтральная

Оранжевая

Бесцветная

Кислая

Красная

Бесцветная

 

9. Топливо считается выдержавшим испытание, если водная вытяжка остается нейтральной. В противном случае опыт надо повторить, предварительно тщательно вымыть посуду и ополоснуть ее дистиллированной водой. Если в результате второго испытания водная вытяжка получается кислой или щелочной, топливо бракуют.

10. Результат испытания записать в отчет.

 

3. Оформление отчета

 

Отчет должен содержать следующие разделы:

1. Титульный лист с указанием наименования работы, Ф.И.О. студента, номер группы.

2. Цели и задачи работы.

3. Основные метрологические характеристики средств измерений.

4. Формулы, используемые для расчетов.

5. Результаты измерений, сведенные в табл. 3.

 

Таблица 3

Основные показатели качества оцениваемого образца

Наименование показателей

По ГОСТу

Полученные на основании проведенных

анализов

Цвет

 

 

Механические примеси, вода

 

 

Плотность, кг/м3 при 20 °С

 

 

Фракционный состав, температура перегонки, °С:

 

 

tнп

 

 

10 \%

 

 

20 \%

 

 

Окончание табл.  3

Наименование показателей

По ГОСТу

Полученные на основании проведенных

анализов

30 \%

 

 

40 \%

 

 

50 \%

 

 

60 \%

 

 

70 \%

 

 

80 \%

 

 

90 \%

 

 

tкп

 

 

Давление насыщенных паров, кПа

 

 

Водорастворимые кислоты  и щелочи

 

 

Заключение о пригодности образца к применению

 

 

 

6. График разгонки бензина, построенный согласно пункту 15 порядка выполнения работы.

7. Эксплуатационную оценку бензина по фракционному составу, проведенную с помощью номограммы (рис. 5).

На горизонтальной оси номограммы отложить температуры характерных точек разгонки бензина, а на вертикальной – температура наружного воздуха.

Для оценки пусковых свойств найти два значения температуры наружного воздуха, являющиеся нижними границами легкого и затрудненного пуска двигателя, для чего на горизонтальной оси отметить точку, соответствующую t10. Из нее восстановить перпендикуляр до пересечения с наклонными сплошными линиями. Из точек пересечения провести горизонтальные линии на вертикальную ось номограммы, где прочитать ответ.

Подобным образом оценить бензин по остальным показателям и сделать заключение по форме (табл. 4):

 

Таблица 4

Эксплуатационная оценка бензина по данным разгонки

Самая низкая температура наружного воздуха, °С,

при которой возможно:

Температура

Образование паровых пробок

 

Обеспечение легкого пуска двигателя

 

Окончание табл.  4

Самая низкая температура наружного воздуха, °С,

при которой возможно:

Температура

Обеспечение затрудненнго пуска двигателя

 

Обеспечение быстрого прогрева и хорошей приемистости

 

Незначительное разжижение масла в картере

 

Заметное разжижение масла в картере

 

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое плотность вещества, как ее определяют?

2. Как зависит плотность от температуры?

3. В каких пределах находится плотность бензинов?

4. Каким показателем оценивается наличие органических кислот в топливе?

5. Что такое фракционный состав топлива и как он определяется?

6. Какое свойство топлива характеризует фракционный состав?

7. Какие свойства топлив характеризует температура 10-, 50- и 90\%-го отгона?

8. Как влияет давление насыщенных паров на испарение бензина?

 

Лабораторная работа № 2

 

Определение качества дизельного

топлива

 

Цели и задачи: изучить методы определения плотности; кинематической вязкости; низкотемпературных свойств нефтепродуктов и определить плотность, кинематическую и динамическую вязкость, температуры помутнения и застывания испытуемого топлива и сделать заключение об его соответствии требованиям ГОСТа.

 

1. Свойства и показатели дизельного

топлива, влияющие на подачу

 

На подачу дизельного топлива существенное влияние оказывают его теплофизические свойства, к которым относятся: плотность, вязкость, низкотемпературные свойства.

Плотность – это масса вещества, заключенная в единице объема (кг/м3, г/см3). Численное значение плотности выражается отношением массы какого-либо объема вещества к массе такого же объема воды, имеющей температуру 4 °С (масса 1 л воды при температуре 4 °С равна 1 кг). Плотность жидкостей просто и достаточно точно измеряется ареометром (ГОСТ 3900-85).

Вязкость – свойство текучих тел (газы, жидкости и твердые тела при определенных условиях) оказывать сопротивление перемещению одной части относительно другой.

Основной закон вязкого течения установлен И. Ньютоном и широко используется в настоящее время:

                                     (1)

где F – касательная сила, вызывающая сдвиг слоев текучих тел, относительно друг друга; S – площадь слоя, по которому происходит сдвиг;  – градиент скорости течения на рассматриваемом участке y1 – y2; h – коэффициент пропорциональности в выражении (1) называется коэффициентом динамической вязкости, в технической литературе – упрощенно – вязкостью.

Единица измерения динамической вязкости [h] =1 H×c/м2 =

=1 Па×с.

Величина, обратная h, называется текучестью (j), j = 1/h.

При исследовании топлив и масел обычно используют коэффициент кинематической вязкости n, равный отношению коэффициента динамической вязкости h к плотности  r вещества:

n = h / r.                                           (2)

Единица измерения кинематической вязкости [n] = 1 м2/с. Применяется и дольная единица кинематической вязкости: мм2/с.

Определение кинематической вязкости (в отличие от динамической) не представляет особых затруднений и выполняется

в приборах, называемых вискозиметрами. В нормативных материалах и результатах экспериментальных данных используют также сравнительные величины вязкости по отношению к воде. Относительной вязкостью называется отношение вязкости жидкости к вязкости воды при одинаковых температурах, удельной вязкостью – отношение к вязкости воды при 0 °С.

Вязкость углеводородных топлив возрастает при увеличении их молярной массы, снижении температуры и росте давления. Уменьшение вязкости дизельного топлива ведет к уменьшению среднего диаметра капель и изменению геометрии факела распыла топлива, увеличению подтекания через форсунки, приводящего к их закоксовыванию, ухудшению смазки плунжерной пары в топливном насосе и увеличению утечки топлива по зазору в ней.

Вязкость дизельных топлив при 20 °С должна находиться в диапазоне: при летней эксплуатации – 3,0…8,0 мм2/с, при зимней – 2,2…6,0 мм2/с; при эксплуатации в арктических условиях – 1,5…4,0 мм2/с.

Подпись:  
         а              б

Рис. 1. Вискозиметры:
а – типа ВПЖ –2; б – типа Пинкевича, схема заполне-ния;
1 – широкое колено; 
2 – узкое колено; 3, 4, 6 – расширительные емкости; 
5 – капилляр; 7 – полый отросток; А – верхняя мет-ка; Б – нижняя метка

Кинематическую вязкость определяют по ГОСТ 33–2000 с помощью капиллярного вискозиметра (рис. 1) по времени перетекания определенного объема жидкости (от метки А до метки Б) под действием силы тяжести при заданной температуре. Чем больше время перетекания жидкости через капилляр, тем выше ее вязкость. Кинематическую вязкость n, мм2/с, рассчитывают по формуле:

n = C×t,                     (3)

где C – калибровочная постоянная вискозиметра, мм2/с2; t – время протекания жидкости, с.

Для определения вязкости нефтепродуктов используются вискозиметры типа ВПЖ-2, ВПЖТ-2 или типа Пинкевича.

Вискозиметры типа ВПЖ-2, ВПЖТ-2 используются для определения кинематической вязкости прозрачных нефтепродуктов с вязкостью от 0,6 до 30 000 мм2/с, а вискозиметры типа ВПЖ-4, ВПЖТ-4 – для жидкостей с пределами вязкости 0,6…10000 мм2/с. Каждый диапазон кинематической вязкости требует ряда вискозиметров.

Капиллярный вискозиметр представляет собой U-образную трубку с тремя расширениями, в узкое колено которой впаян капилляр (см. рис. 1). Вискозиметры выпускают с разными диаметрами капилляра (0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; до 4,0 мм).

Над капилляром помещены два расширения, между которыми и над капилляром имеются кольцевые метки А и Б.

Нижнее расширение служит резервуаром, куда перетекает жидкость при определении вязкости. Оно расширено с той целью, чтобы высота столба жидкости, под действием которого происходит истечение, оставалась примерно постоянной.

В верхней части высокого колена имеется патрубок, который служит для присоединения резиновой груши. На верхнем расширении нанесены номер вискозиметра и номинальный диаметр капилляра. На каждый экземпляр вискозиметра должен иметься паспорт, в котором указывается постоянная вискозиметра «С»

в мм2/с2.

Подпись:  

Рис. 2. Прибор для опреде-ления кинематической 
вязкости:
1 – термометр; 2 – капил-лярный вискозиметр; 
3 – резиновая груша; 4 элек-троподогрев; 5 – капилляр вискозиметра; 6 – термостат

Для заполнения вискозиметра топливом на боковой отвод его надевают резиновую трубку с грушей. Затем, зажав пальцем широкое колено и перевернув вискозиметр, погружают узкое колено в стаканчик с испытуемым топливом и засасывают его до метки Б с помощью груши. Когда уровень нефтепродукта достигнет метки Б, вискозиметр вынимают и переворачивают в нормальное положение и тщательно обтирают узкое колено от топлива.

Затем вискозиметр погружают в термостат (баню) так, чтобы  расширение 3 оказалось полностью в термостатирующей жидкости

(рис. 2). Выдерживают вискозиметр в термостате не менее 15 мин при температуре 20 °С. При заполнении и выдерживании вискозиметра в нем не должно образовываться разрывов и пузырьков воздуха. Затем, не вынимая вискозиметр из термостата, закрывают пальцем верхнее отверстие отводной трубки, сжимают грушу и нагнетают топливо через капилляр примерно на 2/3 высоты верхнего расширения. Убирают палец с верхнего отверстия отводной трубки и сообщают её полость с атмосферой. Топливо из расширения 3 начинает перетекать через капилляр, причем скорость его течения быстро стабилизируется. В момент достижения уровня топлива метки А включается секундомер, а в момент прохождения уровня метки Б его выключают. Замер времени производится с точностью до 0,1 с.

С той же порцией топлива испытания проводят несколько раз. Необходимо получить пять результатов времени истечения топлива, максимальная разность между которыми не превышала бы 1 \% от абсолютного значения одного из них.

Использующиеся в работе вискозиметры представляют собой очень хрупкие и дорогие приборы. В связи с этим при работе с ними надо проявлять максимум осторожности и, в частности, держать и закреплять их следует только за одно колено. Наиболее часто поломка вискозиметров происходит при надевании и снятии резиновой трубки, поэтому при этой операции нужно держать их именно за то колено, на которое надевается или снимается резиновая трубка.

Следует учитывать, что при попадании во внутреннюю полость вискозиметра воды или даже ее паров он становится неработоспособен.

Для заполнения термостата применяются следующие жидкости: при температуре 100 °С – нефтяное прозрачное масло или глицерин, при 50 °С – воду, при 0 °С – смесь воды со льдом, при более низких температурах – этиловый спирт с твердой углекислотой.

Под низкотемпературными свойствами топлив понимается их возможность обеспечивать работоспособность системы топливоподачи при отрицательных температурах. В дизельных топливах могут содержаться в значительных количествах углеводороды с высокой температурой плавления (например, алканы нормального строения). Эти вещества могут выпадать при охлаждении в твердую фазу в виде кристаллов, которые забивают фильтры и другие элементы системы топливоподачи, снижая прокачиваемость топлива. При дальнейшем снижении температуры топливо теряет подвижность и перестает поступать из бака к заборному устройству.

Подпись:   Рис. 3. Схема прибора для определения температуры помутнения и кристаллиза-ции топлива:
1 – мешалка; 2 – испытуемое топливо; 3 – охлаждающая смесь; 4 – воздух


Склонность топлива к образованию кристаллов и потере подвижности оценивают по температурам помутнения, кристаллизации и застывания. Для этого испытуемое топливо подвергают глубокому охлаждению в специальном приборе (рис. 3, 4) и визуальному наблюдению за его состоянием.

Низкотемпературные свойства жидких углеводородных топлив зависят от их группового и фракционного составов. Наихудшими низкотемпературными свойствами обладают парафины и ароматические углеводороды, наилучшими – цикланы. В легких фракциях нефти с температурой кипения до 200 °С, используемых для изготовления бензинов, практически отсутствуют углеводороды с высокой температурой плавления и опасность кристаллизации в бензинах при эксплуатационных температурах до минус 60 °С отсутствует.

Для бесперебойной работы системы топливоподачи дизельные топлива должны иметь температуру застывания на 10…15 °С ниже минимально возможной температуры эксплуатации.

Температурой помутнения называют температуру, при которой теряется физическая однородность топлива вследствие образования микрокристаллов наиболее высокоплавких углеводородов и воды. Визуально это сопровождается его помутнением. При дальнейшем понижении температуры кристаллы увеличиваются в размерах.

Это испытание проводят в стеклянной пробирке с двойными стенками, внутренний диаметр которой 25…33 мм, наружный – 35…43 мм. На внутренней стенке на высоте 40 мм от дна сделана метка 2 (рис 4,а). Если боковые отростки пробирки не запаяны, то в ее наружную часть для предупреждения появления росы на стенках наливают 0,5…1 см3 серной кислоты. Пробирку закрывают корковой пробкой, в которой укреплен термометр 3 и через которую проходит мешалка 1. Пробирка с испытуемым дизельным топливом охлаждается в цилиндрическом сосуде со смесью из спирта и твердого диоксида углерода. Сосуд снабжен тепловой изоляцией и в его крышке имеются отверстия для пробирки, термометра и подачи твердого диоксида углерода.

Подпись:  
Рис. 4. Схема прибора для определения температуры застывания топлива:
1 – топливо; 2 – охлаждаю-щая смесь

Помутнение дизельного топлива наблюдается в приборе с зеркальным отражением света. Прибор выполнен в виде металлического ящика, разделенного перегородкой на две одинаковые части. Каждая часть разделена по всей высоте перегородкой на два неравных отсека. Внизу перегородки находится щель для прохождения отраженного света. В крышку ящика вмонтированы электролампы 2 (рис. 4,б), при закрытой крышке они располагаются в крайних отсеках. В крышке выполнены отверстия 1 для пробирок. На передней стенке ящика находятся два окна 4 для наблюдения за испытуемым дизельным топливом. В освещенной пробирке хорошо видно появление мути.

Испытуемое топливо фильтруют. Если в топливе есть вода, его обезвоживают. Для этого топливо взбалтывают в течение

10–15 мин со свежепрокаленным и измельченным сульфатом натрия или хлористым кальцием, дают отстояться и фильтруют.

Используют две пробирки с двойными стенками. Во вторую пробирку также наливают испытуемое топливо и вставляют в прибор с зеркальным отражением в качестве прозрачного эталона.

Термометр в пробирку устанавливается так, чтобы ртутный шарик находился в пробирке на расстоянии 15 мм от дна и на одинаковом расстоянии от стенок.

В сосуд для охлаждающей смеси помещают термометр и наливают спирт. Уровень спирта должен быть на 30–40 мм выше уровня топлива в пробирке. Затем в спирт начинают постепенно добавлять твердую угольную кислоту. Температура спирта должна быть ниже предполагаемой температуры помутнения на

10 °С.

Пробирки с испытуемым топливом помещают в сосуд с охлаждающей смесью.

При охлаждении топливо перемешивают мешалкой со скоростью от 60 до 200 движений в минуту. За 5 °С до предполагаемой температуры помутнения топлива пробирку вынимает из охлаждающей смеси, протирают ее снаружи спиртом, помещают в прибор с зеркальным отражением света и включают лампы. Через смотровое окно следят за состоянием топлива и сравнивают его с прозрачным эталоном. Эта операция должна занимать не более 12 с. После каждого наблюдения необходимо отключать лампы.

При хорошем освещении лаборатории пробирку с испытуемым топливом помещают в штатив рядом с прозрачным эталоном, а прибор с зеркальным отражением не используют.

Если прозрачность испытуемого дизельного топлива по сравнению о эталоном не изменилась, то пробирку опять помещают в цилиндр и далее наблюдения проводят через каждый 1 °С до тех пор, пока топливо не станет отличаться от эталона. Температуру помутнения испытуемого дизельного топлива фиксируют в тот момент, когда оно становится мутным.

Температурой кристаллизации называют температуру, при которой кристаллы в топливе обнаруживаются невооруженным глазом. При понижении температуры ниже температуры кристаллизации происходит сращивание кристаллов с образованием объемного кристаллического каркаса. В ячейках этого каркаса заключены наиболее низкоплавкие жидкие углеводороды. При этом топливо в целом теряет подвижность.

Температурой застывания называют температуру, при которой происходит сращивание кристаллов, и топливо теряет подвижность.

Температуру застывания определяют путем охлаждения пробирки с топливом до температуры, при которой наклон пробирки на угол 45° и выдерживание в этом положении не вызывает смещение уровня топлива (см. рис. 4). Соответствующую температуру принимают за температуру застывания.

Перед определением температуры застывания испытуемое дизельное топливо обезвоживают, для чего взбалтывают его в течение 10 – 15 мин со свежепрокаленным и измельченным сульфатом натрия или с зернистым хлористым кальцием. Затем топливо отстаивают и фильтруют и заливают в пробирку. Между стенок пробирки заливают 1 мл серной кислоты для поглощения влаги из воздуха и предупреждения появления на стенках капелек воды при охлаждении.

Собранный прибор опускают в охлаждающую смесь и устанавливают в строго вертикальном положении. Затем, начиная с температуры, которая на 9 °С выше предполагаемой температуры застывания дизельного топлива, через каждые 3 °С вынимают пробирку и наблюдают за подвижностью дизельного топлива при наклоне. Извлекать пробирку и устанавливать ее обратно надо не более чем за 3 с. Когда при наклоне пробирки дизельное топливо остается неподвижным, пробирку устанавливают в горизонтальное положение, наблюдают за поверхностью топлива. Если в течение 5 с будет обнаружено смещение поверхности топлива пробирку снова продолжают охлаждать и проверяет текучесть топлива после охлаждения на 3 °С.

За температуру застывания испытуемого дизельного топлива принимают температуру, при которой топливо в горизонтально расположенной пробирке остается неподвижным в течение 5 с.

                           а                            б

 

Рис. 4. Прибор для определения температуры помутнения:

а – пробирка:   1 – мешалка; 2 – метка; 3 – термометр;

б – общий вид прибора:   1 – отверстия для пробирок; 2 – лампы;

3 – щели для вентиляции; 4 – смотровое окно

 

2. Экспериментальная часть

 

2.1. Определение плотности

 

Оборудование и материалы: ареометры для нефти по ГОСТ 18481-81, цилиндр для ареометров, термометр ртутный стеклянный (в том случае, если ареометр без термометра) до 50 °С, термостат или водяная баня, проба испытуемого дизельного топлива.