Лабораторная работа № 2 Методы определения кинематической вязкости топлив, авиационных масел и рабочих жидкостей по гост 33-82

Цель работы:

1. Определить вискозиметром вязкость топлива при 20°С.

2. Определить вискозиметром вязкость масла при 0, 20, 50,100°С.

Теоретические сведения

Одной из наиболее характерных особенностей жидкостей является способность изменять свою форму под действием внешних сил. Это свойство жидкости объясняется лёгкой подвижностью (скольжением) ее молекул относительно друг друга.

Свойство жидкости оказывать сопротивление взаимному перемещению частиц под действием внешних сил называется вязкостью. Вязкость – внутреннее трение между, частицами жидкости, обусловленное молекулярным сцеплением и обменом количества движения. По закону Ньютона сила внутреннего трения жидкости F пропорциональна площади движущихся относительно друг друга слоев S и градиента скорости dυ/dx:

F = η * S* dυ/dx

Где η (эта) - коэффициент динамической вязкости, зависящий от свойств жидкости. За единицу динамической вязкости принята паскаль-секунда (Па*с).

Вязкостные свойства жидкости с точки зрения её подвижности характеризуются кинематической вязкостью ν (ню), равной отношению динамической вязкости и её плотности при той же температуре:

ν = υ/ρ

За единицу кинематической вязкости принят м²/с (мм²/с). Распространённая единица кинематической вязкости стокс (ст) =1см²/с= 10^-4м²/с = 100 сантистоксам (сст). 1 стокс – это вязкость жидкости, плотность которой равна 1г/мл и сила сопротивления которой при взаимном перемещении двух слоев площадью 1см² , находящихся на расстоянии 1см и перемещающихся один относительно другого со скоростью 1см/сек., равна 1дн.

Вязкостью топлив определяется величина гидравлического сопротивления и потери напора при перекачках. Вязкость оказывает влияние на тонкость распыления топлив в камере сгорания и на полноту испарения и сгорания топлив.

Вязкость смазочного масла является одним из важных его эксплуатационных свойств. От нее зависят надёжность работы двигателя, износ его деталей, потери мощности на трение, лёгкость запуска двигателя и прокачиваемость масла по системе смазки.

В технике применения нефтепродуктов, особенно смазочных масел, зависимость вязкости от температуры имеет громадное значение при оценке качеств нефтепродуктов. Так как в условиях применения нефтепродуктов температурный режим может заметно колебаться и вязкость нефтепродуктов может изменяться не пропорционально изменению температуры, то понятно, почему на практике изменению вязкости от температуры придают большое значение.

Общим для всех смазочных масел является уменьшение вязкости при повышении температуры и возрастание вязкости при понижении.

Температурную зависимость вязкости можно установить опытным путём, определяя вязкость масла при различных температурах. Найденные данные изображают графически и, таким образом, получают кривые, характеризующие зависимость вязкости от температуры.

Чем меньше масло меняет свою вязкость в зависимости от температуры, тем более высокими эксплуатационными качествами оно обладает.

Измерение кинематической вязкости проводится капиллярным вискозиметром по времени истечения определённого объёма жидкости из пузырька вискозиметра через капилляр под действием силы тяжести. Вязкость топлива определяется при температуре 20°С, а вязкость масел при 20,50,100°С. При выборе диаметра капилляра необходимо пользоваться таблицей 3.

Примерные диаметры капиллярных вискозиметров,

в которых рекомендуется определять кинематическую вязкость

Таблица 3

Наименование	Номинальный внутренний диаметр, мм
нефтепродукта	100ºС		50ºС	20ºС	0ºС	-20ºС	-40ºС	-50ºС
Топливо Т-1	-		-	0,4-0,6	0,6-0,8	0,8-1,0	1,0-1,2	1,0-1,2
Дизельное топливо	-		-	0,8-1,0	-	-	-	-
Вазелиновое масло	-		0,6-0,8	1,0-1,2	1,2-1,5	2,5-3,0	-	-
Масло индустриальное «12»
(веретенное «2»)	-		0,8-1,0	1,2-1,5	1,5-2,0	-	-	-
Масло индустриальное «15»
(машинное «С»)	-		1,2-1,5	-	-	-	-	-
Масло АК-6 (Автол 6)	0,6-0,8		1,2-1,5	-	2,5-3,0	-	-	-
Масло АК-10 (Автол 10)	0,8-1,0		1,2-1,5	-	3,0-3,5	-	-	-
Масло АК-15 (Автол 18)	1,0-1,2		1,5-2,0	2,5-3,0	3,5-5,0	-	-	-
Авиационное МС-20	1,0-1,2		1,5-2,0	2,5-3,0	3,5-4,0	-	-	-
МК-22, МС-24	1,0-1,2		2,0-2,5	3,0-3,5	3,5-4,0	-	-	-
Авиамасло МК-8	-		0,6-0,8	0,8-1,0	1,0-1,2	1,2-1,5	-	-

Аппаратура, реактивы и материалы

Вискозиметр капиллярный ВПЖТ-1, или ВПЖТ-2, или ВПЖТ-4 по ГОСТ 10028—81 (рис. 1).

Вискозиметр ВПЖ-1, или ВПЖ-2, или ВПЖ-4

Вискозиметр ВНЖТ или ВНЖ по ГОСТ

Термометр с пределом измерения, соответствующим температу­ре испытания

Глицерин , или глицерин, разбавленный дистиллированной водой в соотношении 1 : 1, или светлое нефтяное масло.

Штатив или другое устройство для закрепления вискозиметра.

Отвес для проверки расположения вискозиметра по вертикали.

Примечание. В качестве термостата или бани вискозиметра используют любой прозрачный сосуд такой глубины, чтобы топливо, находящееся в вискозиметре, было погружено не менее, чем на 20 мм ниже уровня жидкости _в бане и не менее, чем на 20 мм над дном бани. Баня должна быть снаб­жена устройством, позволяющим регулировать температуру жидкости в ней. Наибольшее изменение температуры жидкости по длине вискозиметров и между местом расположения отдельных вискозиметров и местом располо­жения термометра не должно превышать ±0 01 °С. Для наполнения термо­стата или бани используют дистиллированную воду по ГОСТ 6709—72.

а)

б)

Рис. 2. Вискозиметры: а) ВПЖТ-1; б) ВПЖТ-2; в) ВПЖТ-4

Термометры 1-й группы № 5 с пределами измерения 16—20 °С, или № 6 с пределами измерения 20—24 °С или термометр ТИН-10 исполнения 1 с пределами измерения 18,6— 21,4 °С .

Секундомер

Сито с размером ячеек 75 мкм, воронки или 'Тигли фильтрую­щие (для темных нефтепродуктов)

Бумага фильтровальная лабораторная

Соль поваренная крупнокристаллическая или сульфат натрия безводный.

Растворители: бензин-растворитель для резиновой промышленности, нефрас - С 50/170, эфир петролейный, ацетон, толуол

спирт этиловый ректификованный технический высшей очистки

смесь хромовая

вода дистиллированная

Подготовка к испытанию

В термостате устанавливают температуру 20+0,01 °С и поддерживают ее в течение всего испытания.

Для определения кинематической вязкости топлив используют чистый сухой вискозиметр, числовое значение постоянной которого находится в пределах 0,003—0,005 мм²/с².

Отобранную пробу фильтруют через сито, стеклянный или бумажный фильтр. При наличии в топливе воды производят его осушку безводным сульфатом натрия или прока­ленной крупнокристаллической поваренной солью и фильтруют через бумажный фильтр.

Между последовательными определениями вискозиметр не­сколько раз промывают растворителем, полностью смешивающим­ся с исследуемым продуктом, с последующим промыванием полно­стью испаряющимся растворителем. Сушат вискозиметр, пропуская через него слабый поток чистого сухого воздуха до полного удале­ния следов растворителя.

Периодически вискозиметр очищают от отложений органиче­ских веществ и неорганических солей. Для этого его промывают соляной кислотой, затем хромовой смесью, тщательно прополаски­вают дистиллированной водой, затем ацетоном и сушат в сушиль­ном шкафу или пропуская через него поток чистого сухого воздуха.

Для проведения испытания следует подобрать вискозиметр. Для прозрачных авиационных масел применяют вискозиметры ВПЖТ-1, ВПЖТ-2, ВПЖТ-4 или ВПЖ-1, ВПЖ-2, ВПЖ-4 для непрозрачных авиационных масел — вискозиметры ВНЖТ и ВНЖ Диаметр капилляра выбирают в соответствии с предполагаемым значением вязкости так, чтобы время истечения испытуемого авиа­ционного масла или рабочей жидкости было не менее 200 с. Время истечения (t) в секундах (с) определяют по формуле

t=γ/C

где γ — предполагаемое значение вязкости, мм²/с;

С — постоянная вискозиметра.

Выбор вискозиметра производят в соответствии с данными таблицы 4.

Зависимость постоянной авиационных масел

вискозиметра от предполагаемого значения вязкости и рабочих жидкостей для выбора вискозиметра

Таблица 4

Предполагае­мое значение вязкости, мм2/с (сСт)	2—10	6—30	20—100	60—300	200—1000	500—3000	Более 2000
Максимальное значение постоян­ной вискозиметра, мм2/с2 (сСт/с)	0,01	0,03	0,1	0,3	1	3	10

Подготовка вискозиметра и пробы авиационного масла или рабочей жидкости к испытанию аналогична подготовке к испы­танию топлив.

Высоковязкие авиационные масла перед фильтрованием допус­кается подогревать в сушильном шкафу до температуры 50—80 °С.

Некоторые марки авиационных масел и рабочих жидкостей перед определением вязкости необходимо фильтровать в соответ­ствии с государственным стандартом или техническими условиями на исследуемую марку авиационного масла или рабочей жидкости.

В термостате устанавливают температуру 20, 50 или 100 °С в соответствии с государственным стандартом или техническими условиями на исследуемую марку авиационного масла или рабо­чей жидкости.

Проведение испытания

Вискозиметр заполняют исследуемым топливом и устанавли­вают в термостат так, чтобы уровень термостатирующей жидкости находился на несколько сантиметров выше верхнего расширения вискозиметра. Проверяют вертикальность расположения капилля­ра вискозиметра с помощью отвеса.

Чистый и сухой вискозиметр заполняют исследуемым топливом.

Рис 3. Вискозиметр

Для этого надеть на отводный конец 5 (рис.2) резиновую трубку с грушей. Зажав пальцами колено (В) и повернув вискозиметр, опускают колено (Л) в сосуд. Засасывают жидкость до метки в, следя за тем, чтобы в капиллярах и расширениях (3) и (4) не образовалось пузырьков воздуха, разрывов.

В тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки, вискозиметр вынимают из сосуда и быстро перевертывают в нормальное положение. Вытирают внешнюю сторону конца колена (А) от избытка жидкости. Резиновую трубку снимают после того, как масло стечет в нижнее расширение (1). На колено (А) вискозиметра надевают резиновую трубку, вискозиметр погружают (примерно до середины расширения (4)) в термостат (или химический стакан) и закрепляют зажимом на штативе.

С помощью другого зажима укрепляют термометр так, чтобы его ртутный шарик находился на уровне, соответствующем середине капилляра вискозиметра. Проверяют вертикаль­ность вискозиметра по отвесу. Устанавливают в термостате температуру 20°±0,1°С и выдерживают вискозиметр при этой температуре 10 минут.

Затем засасывают жидкость в расширение (3) немного выше отметки а, следя за тем, чтобы в капилляре и расширении (3) не образовывалось пузырьков воздуха.

Сообщают колено (А) с атмосферой и определяют время опускания мениска жидкости от отметки а до в. Во время истечения жидкости из расширения (3) надо следить за постоянством температуры.

Заполненный вискозиметр выдерживают в термостате в течение 30 мин и затем определяют время истечения испытуемого топлива через капилляр вискозиметра от метки M₁ до метки М₂.

Определение вязкости масла при 20, 50, 100°С

Заполняют вискозиметр маслом аналогично п. 1 и погружают его в термостат. Устанавливают в термостате необходимую для испытания температуру с отклонением не более 0,1°С и выдерживают вискозиметр при этой температуре в течение времени, указанного в табл.2.

Засасывают масло в расширение (3) выше метки а, следя за тем, чтобы в капилляре и расширении (3) не образовывалось пузырьков воздуха.

Наблюдают за опусканием масла в колене (А) и замечают время в тот момент, когда масло пройдет метку а, и когда масло пройдет метку в. Повторяют опыт еще два раза. Отсчеты времени должны различаться не более, чем на 0,2%.

Проведение испытания при определении вязкости прозрачных авиационных масел и рабочих жидкостей аналогично проведению испытания при определении вязкости топлив.

Обработка результатов

Кинематическую вязкость исследуемого топлива (γ) в квадрат­ных миллиметрах в секунду или сантистоксах (мм²/с или сСт) вычисляют по формуле

υ= С ∙ τ,

где С — постоянная вискозиметра, мм²/с² (сСт/Ст);

τ —среднее арифметическое значение результатов измерения времени истечения топлива в вискозиметре (округляется до десятых долей), с.

τ = (τ₁ + τ₂ + τ₃)/3.

Результаты расчета вязкости округляют до десятитысячных до­лей.

Обработка результатов определе­ния вязкости авиационных масел и ра­бочих жидкостей проводится анало­гично обработке результатов опреде­ления вязкости топлив. Среднее время истечения авиационного масла опре­деляется по времени заполнения ре­зервуара 5

1. Кинематическую вязкость испытуемого масла (ν_t) в сантистоксах при температуре t вычислить по формуле:

ν_{t =} Сτ

где, С – постоянная вискозиметра – берётся из паспорта,

τ – среднее арифметическое отсчётов времени истечения масла, сек

ν_t — вязкость при соответствующей температуре.

2. Температурную зависимость вязкость масла представить графически.

График зависимости вязкости масла (марка) от температуры

3. Температурный коэффициент вязкости (ТКВ) вычислить по формуле:

ТКВ = (ν₀– ν₁₀₀) /ν₅₀

4. Определить отношение вязкости при различных температурах:

ν₂₀/ν₅₀, ν₅₀/ν₁₀₀

где, ν₂₀ , ν₅₀ , ν₁₀₀ – кинематическая вязкость соответственно при 20,50,100°С.

Для получения правильных результатов необходимо проводить два заполнения вискозиметра. При каждом заполнении вискози­метра время истечения определяют не менее трех раз.

Для сокращения времени проведения испытания целесообразно проводить параллельные определения кинематической вязкости на двух вискозиметрах.

Для проведения испытаний при различных температурах целесообразно использовать два термостата: один заполненный водой, — для определения вязкости при температуре 20°С и 50°С, другой, заполненный водным раствором глицерина,— для определения вязкости при температуре 100°С. Допускается использовать вискозиметры со значениями их постоянных (С) меньшими, чем у тех, что приведены в таблице 4. При этом увеличивается время испытания. Следует иметь в виду, что повторению испытания должны предшествовать промывание и сушка вискозиметра. Все практические рекомендации для определения вязкости топ­лив применимы при определении вязкости авиационных масел и рабочих жидкостей.

Контрольные вопросы

1. Что называют вязкостью жидкости?

2. Чем характеризуется динамическая вязкость?

3. Дать понятие кинематической вязкости.

4. Метод определения вязкости.

5. Зависимость вязкости от температуры.

6. Как устанавливается температурная зависимость вязкости?

7. Какой вывод об эксплуатационных свойствах масла можно сделать по виду кривой вязкости?

8. Как рассчитывается температурный коэффициент вязкости масла?

9. Как определяется индекс вязкости?

10. Как рассчитывается температурный коэффициент вязкости масла?