16.1.2. Вимірювання в’язкості палива

Повнота згоряння рідкого палива залежить від якості його розпилювання (дисперсності), що обумовлює швидкість випаровування і сумішеутворювання палива з повітрям. Якість розпилювання палива, а також затрати енергії на розпилювання залежать від його в’язкості. Від в’язкості залежать також умови зберігання і транспортування палива.

В’язкість (внутрішнє тертя) – властивість речовин (рідин і газів) чинити опір переміщенню однієї їх частини відносно іншої. Основний закон в’язкої течії виражається формулою Ньютона

(16.1)

де F – тангенціальна (дотична) сила, яка спричиняє зсув шарів рідини (газу) одного відносно другого; S – площа шару, по якому відбувається зсув; – градієнт швидкості рідини W по нормалі n; – коефіцієнт динамічної в’язкості, який характеризує опір рідини (газу) зміщенню її шарів.

Крім динамічної в’язкості застосовується поняття кінематичної в’язкості

(16.2)

де – густина рідини (газу).

Одиницею динамічної в’язкості в міжнародній системі є Па·с, а кінематичної – м²/с.

При експлуатації енергетичних установок використовується поняття умовної в’язкості палива (^оВУ), яку достатньо знати для організації процесів паливопідготовки, зберігання і транспортування палива. Умовна в’язкість є абстрактним числом, яке визначається відношенням часу витікання при певних температурних умовах відомої кількості нафтопродукту до часу витікання такої ж кількості еталонної рідини (води) при стандартній температурі.

Засоби вимірювання в’язкості називають віскозиметрами. За принципом дії існують різні конструкції віскозиметрів: ротаційні, вібраційні, віскозиметри з падаючим тілом тощо. Ці віскозиметри найбільш поширені для вимірювання динамічної в’язкості продуктів переробки нафти в хіміко-технологічних процесах.

В суднових умовах для вимірювання умовної в’язкості палива застосовують віскозиметри типу ВУ (Енглера), а для вимірювання динамічної в’язкості – капілярні віскозиметри.

Схема віскозиметра типу ВУ показана на рис.16.3. Основними елементами віскозиметра є вимірювальний резервуар 1 для нафтопродукту і резервуар 2 (баня), заповнений водою і призначений для підтримання стабільної температури випробуваного нафтопродукту. Вимірювальний резервуар має поліровані і позолочені стінки, а днище має форму кульового сегмента з каліброваним центральним отвором. До внутрішньої поверхні вимірювального резервуара прикріплені три загострених штифта 3, які виконують роль покажчика рівня випробуваного нафтопродукту і покажчика горизонтального положення приладу. Вимірювальний резервуар закритий випуклою латунною кришкою 7, в центрі якої розміщується дерев’яний стрижень 6 для запирання зливного отвору. Через боковий отвір в кришці в резервуар 1 вставляється термометр 5, призначений для вимірювання температури випробуваного нафтопродукту. В резервуарі 2 розміщуються контрольний термометр 4 і мішалка 8. Віскозиметр має триножну підставку 10 з гвинтами 12 для регулювання горизонтального положення приладу. Підігрів водяної бані здійснюється за допомогою пальника або елек-тронагрівника16. Випробуваний нафтопродукт витікає в спеціальну вимірювальну колбу 11; час витікання вимірюється секундоміром.

Обезводнену і звільнену від механічних домішок пробу нафтопродукту заливають в резервуар 1 до рівня вістря штифтів 3. За допомогою нагрівника температура нафтопродукту підвищується до необхідної, після чого одночасно висмикується дерев’яний стрижень і вмикається секундомір.

В віскозиметрах типу ВУ для визначення в’язкості палива вимірюється час витікання 200 мл нафтопродукту. Основною характеристикою віскозиметра є його “водне число”, тобто час витікання 200 мл дистильованої води при температурі 20^оС. Для стандартних приладів “водне число” складає 50…52 с і перевіряється один раз за чотири місяця.

Умовна в’язкість в градусах ВУ визначається формулою

ВУt

(16.3)

де ВУ_t – умовна в’язкість нафтопродукту при температурі t, ^оВУ; –час витікання 200 мл нафтопродукту при температурі t, c; –“водне число” віскозиметра (час витікання 200 мл дистильованої води при температурі 20 ^оС), с.

Дія к а п і л я р н и х в і с к о з и м е т р і в грунтується на закономірності витікання рідини через капіляр. Об’ємна витрата рідини при витіканні через капіляр визначається законом Пуазейля

(16.4)

де Q – об’ємна витрата рідини; d і l – внутрішній діаметр і довжина капіляра; Р₁ і Р₂ – тиск рідини перед і після капіляра.

При постійній об’ємній витраті рідини формулу (16.4) можна представити так

(16.5)

де – постійний коефіцієнт для прийнятої витрати рідини.

З формули (16.5) виходить, що при постійній об’ємній витраті рідини динамічну в’язкість можна визначити за результатами вимірювання перепаду тиску на капілярі.

На рис.16.4 показана схема капілярного віскозиметра, в якому постійна об’ємна витрата нафтопродукту утворюється насосом 1 з приводом від синхронного електродвигуна 2. Після насоса аналізуємий нафтопродукт надходить в змійовик 3, де нагрівається до температури масла, яке заповнює термостат 6, а потім – в капіляр 4, розміри якого вибирають в залежності від діапазону вимірюваних значень в’язкості. Перепад тиску на капілярі вимірюється диференціальним манометром 5 з пневматичним вихідним сигналом, пропорційним динамічній в’язкості аналізуємого нафтопродукту. Діапазони вимірювання в’язкості складають від (0…2) Па·с до (0…1000) Па·с; клас точності 1,5…2,5 (в залежності від діапазону вимірювань).