Топливо и смазочные материалы. Методические указания к лабораторным занятиям для студентов по направлению подготовки 110800.62 Агроинженерия

Концом кипения считается температура, при которой выкипает 97...98% разгоняемого топлива. Признак конца разгонки - появление белого пара в шейке колбы и резкое снижение температуры. Прекратить нагрев колбы, дать стечь дистилляту в течении 5 минут и записать объём жидкости в цилиндре.

Охладить колбу до 20... 25°, осторожно вылить, из неё остаток в мерный цилиндр вместимостью 10 мл и определить его количество.

Результаты разгонки топлива представляют в виде графика, по оси абсцисс откладывают температуру, а по оси ординат - объём испарившегося топлива.

При барометрической давлении во время перегонки ниже 760 мм.рт.ст., в показанную термометром температуру вводится поправка на барометрическое давление, рассчитываемая по формуле

где В - барометрическое давление в мм.рт.ст.;

t - наблюдаемая температура, °С (при давлении ниже 760 мм.рт.ст. поправка прибавляется).

Данные перегонки сравниваются с нормами ГОСТа на бензин и дается заключение, что данный бензин по фракционному составу соответствует или не соответствует нормам ГОСТа на такую-то марку бензина.

4. Анализ на содержание водорастворимых кислот и щелочей В товарных бензинах не должно быть ни водорастворимых

(минеральных) кислот, ни щелочей. Минеральные кислоты и другие водорастворимые соединения кислого характера вызывают коррозию черных и цветных металлов. Щелочи активно корродируют цветные металлы, в связи с этим их содержание в топливах недопустимо. Тем не менее водорастворимые кислоты и щелочи могут попасть в топливо при транспортировке и хранении, например, когда плохо очищена тара, а также при ослаблении контроля за процессом его очистки. При наличии в топливах водорастворимых кислот и щелочей они бракуются и в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания не допускаются.

Содержание кислот и щелочей в бензине определяют простейшим качественным анализом (ГОСТ 5307-73). Определённый объем испытуемого бензина взбалтывают с таким же объёмом дистиллированной воды,

подогретой до 50. .60 С и полученную после отстоя водную вытяжку испытывают индикаторами (метилоранж и фенолфталеин). Необходимое

21

оборудование и реактивы:

-воронки делительные на 250...300 мл;

-колбы конические на 100 ...250 мл;

-пробирки из бесцветного стекла; -пипетки;

-вода дистиллированная, проверенная на нейтральность;

-фенолфталеин (индикатор), 1%-ый спиртовой раствор;

-спирт этиловый технический ректифицированный или спирт этиловый технический, разбавленный 1:1 дистиллированной водой;

-метиловый оранжевый индикатор (метилоранж).

Порядок выполнения анализа:

С помощью мерного цилиндра отмерить 50 мл (с точностью до 1 мл) испытуемого нефтепродукта и перелить эту порцию в делительную воронку (рис. 3).

Рис.3 - Делительная воронка

Отмерить мерным цилиндром 50 мл дистиллированной воды, подогретой до 50...60°С, которую перелить в ту же делительную воронку. Дистиллированная вода хорошо растворяет минеральные кислоты и щелочи, но не растворяет бензин.

Делительную воронку закрыть притертой стеклянной пробкой и слегка взбалтывать в течение 5 минут, периодически открывая пробку для выпуска газообразных продуктов.

После чего делительную воронку закрепить в штативе и выждать, пока не закончится расслаивание образовавшейся эмульсии, а температура смеси не достигнет комнатной. Отделившийся водный слой (водная вытяжка) - осторожно слить через воронку, разделив примерно пополам в две пробирки.

В одну из пробирок добавить две капли водного 0,02% раствора метилового оранжевого индикатора, если водная вытяжка окрашивается в розовый цвет, то это свидетельствует о присутствии водорастворимых

22

кислот.

Во вторую пробирку с водной вытяжкой прибавить три капли спиртового 10%-го раствора фенолфталеина. Окрашивание вытяжки в розово-малиновый цвет или красный цвет указывает соответственно на слабощелочную или щелочную реакцию. Если среда нейтральная, цвет жидкости -желтый. Дистиллированную воду и бензин необходимо предварительно проверить на нейтральную реакцию этими индикаторами.

Окраска индикаторов в разных средах приведена в таблице 2.

Таблица 2 -Окраска индикаторов в разных средах

Бензин считается выдержавшим испытание, если водная вытяжка окажется нейтральной (опыт повторяется дважды). Если водная вытяжка получается кислой или щелочной, то бензин бракуется.

Определение содержания фактических смол

Фактические смолы - это смолистые соединения, которые содержатся в топливе на момент их определения. Содержание фактических смол в бензинах оценивается в мг на 100 мл топлива по ГОСТУ 2084-77. Содержание их для автобензинов на месте потребления допускается от 7 до 10 мг/100 мл (на месте производства 5 мг/100 мл).

В процессе работы двигателя смолистые соединения вызывают повышенное нагарообразование, снижают противодетонационные свойства, откладываются в топливопроводах, жиклерах карбюратора, на клапанах и т д., что нарушает нормальную работу двигателя (отложение нагара в камере сгорания увеличивает степень сжатия, что приводит к детонационному сгорание или калильному зажиганию; обладая низкой теплопроводностью, нагары ухудшают отвод тепла от горячих газов к охлаждающей жидкости - это приводит к перегреву рабочей смеси и, как правило, возникновению детонации).

При содержании фактических смол в пределах допускаемых стандартами, двигатели длительно работают без повышенного смоло- и нагарообразования. Если содержание смол в два - три раза выше нормы, то моторесурс двигателя снижается на 20...25%.

23

Количество смол в топливе зависит от его химического состава, качества очистки при производстве, условий транспортировки и длительности хранения. Чем больше в топливе нестабильных непредельных углеводородов, тем больше образуется в нем смол. Различают потенциальные смолы - это смолистые вещества, которые могут образовываться в процессе полимеризации и окисления главным образом из-за содержащихся в топливе непредельных углеводородов (олефинов).

Исследуемое топливо в количестве 1 мл (бензин в чистом виде, а дизельное топливо в смеси с бессмольным бензином) наносят на сферическое стекло диаметром 50—60 мм. Топливо поджигают и дают ему полностью выгореть; остаток на стекле покажет смолистость топлива. Бензины, не содержащие смол, оставляют слабозаметное небольшое беловатое пятно (см. рис. 4, а). Если в топливе содержатся смолы, то на стекле остаются кольца желтого или коричневого цвета (рис. 4, 6). Чем больше смол содержится в топливе, тем темнее пятно и больше его диаметр (рис. 4, в).

Рис. 4. Определение фактических смол в топливах: а — топливо не содержит смол; б — смолистое; в — сильно смолистое.

Если в топливе содержится масло, то с наружной стороны колец остаются несгоревшие капельки. Измерив диаметр пятна, приближенно по таблице 3 определяют количество смол, содержащихся в 100 мл топлива.

24

Таблица 3- Количество смол, мг, содержащихся в 100 мл топлива

Определение непредельных углеводородов.

Все непредельные углеводороды — очень нестойкие соединения, легко вступающие в реакцию с кислородом. Их наличие проверяют обесцвечиванием марганцовокислого калия (КМnO4). Для этого в пробирку наливают небольшое количество исследуемого топлива (на глаз 3—4 мл), затем добавляют такое же количество водного раствора окислителя (раствор КМnO4 фиолетово-розового цвета). Содержимое пробирки перемешивают и дают отстояться. Если в топливе содержатся непредельные углеводороды, то выделяющийся из марганцовокислого

или темно-желтую, может выпадать осадок. Чем больше в топливе содержится непредельных углеводородов, тем быстрее и интенсивнее меняется окраска водного слоя. Если непредельных углеводородов нет, то окраска слоя не меняется.

Определение вязкости.

Вязкость густых топлив, свежих и работавших масел в ручной лаборатории определяют полевым вискозиметром (рис. 5). Сущность определения сводится к сравнению вязкости исследуемого продукта с вязкостью масел в эталонных трубках. В вискозиметре имеется пять эталонных образцов масел (пробирки 1). В каждой пробирке находится стальной шарик и оставлен пузырек воздуха. Пробирки закреплены в металлической оправе 4 и плотно завинчены пробками. Внизу на оправе стоят цифры 1,2,3, 4, 5. Последняя пробирка 2 с шариком предназначена для исследуемого продукта; в верхней части этой пробирки нанесены две риски: до нижней наливают испытуемый продукт, а до верхней вставляют резиновую пробку, которую завинчивают металлической пробкой 3 с флажком.

Вязкость масел в эталонных трубках дана в сантистоксах (сСт) при 100° (сСт — единица измерения кинематической вязкости).В пяти пробирках находятся эталонные масла с вязкостью 1—-4, 2—6, 3—10. 4—

25

16, 5—22 сСт.

Вязкость обычно определяют при тёмпературе окружающего воздуха. Отвинчивают пробку с флажком и пробирку 2 заполняют испытуемым маслом. Между уровнем масла и пробкой оставляют пузырек воздуха такой же величины, как и в эталонных образцах. Вискозиметр держат строго вертикально и ждут, когда все шарики будут находиться внизу. Затем быстро переворачивают прибор на 180°, наблюдая за падениём шариков, определяют, какому маслу в эталонных трубках ближе всего вязкость исследуемого продукта. Опыт повторяют 2—3 раза. Если во время опыта повернуть прибор на 90° (в горизонтальное г; положение), движение шариков прекратится, и можно более точно определить их расположение. Предположим, в исследуемом масле скорость падения шарика соответствовала пробирке № 4. Тогда по вязкости оно соответствует маслу, которое при 100° имеет вязкость 16 сСт,

Рис. 5. Полевой вискозиметр: 1 — пробирки с эталонными маслами; 2 – пробирка с исследуемым маслом; 3 – пробка; 4 – оправа.

26

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА И ЕГО ПРИГОДНОСТИ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ДВС

4.1 Цель работы

1 Закрепление знаний по основным маркам дизельных топлив и ГОСТа на них.

2 Освоение методов определения физико-химических показателей дизельного топлива.

3. Приобретение навыков по оценке качества дизельных топлив.

4.2 Содержание

1.Изучить приборы и методики определения вязкости дизельного топлива, плотности, температуры помутнения и застывания, температуры вспышки в закрытом тигле, водорастворимых кислот и щелочей, кислотности дизельного топлива.

2.Выполнить анализы и сравнить полученные показатели с паспортными данными, сделать заключение о пригодности дизельного топлива к использованию в ДВС.

4.3 Эксплуатационные свойства и использование дизельных топлив

За последние годы значительно возросло потребление дизельного топлива, которое в большей массе получают из нефти восточных районов.

К топливу для быстроходных дизелей основное внимание должно быть уделено изучению таких требований, как бесперебойная его подача, хорошее распыливание и смесеобразование, легкая воспламеняемость, плавное и полное сгорание. Важным требованием является и то, чтобы топливо не вызывало коррозии деталей двигателя.

Процессы смесеобразования и сгорания топлива в дизельных двигателях, особенно быстроходных, происходят за очень короткий промежуток времени, который соответствует 15...20° поворота коленчатого вала. Это время примерно в 10 раз меньше, чем в карбюраторных двигателях. Образование горючей смеси происходит у быстроходных дизелей непосредственно в цилиндре двигателя.

Качество смесеобразования и сгорания топлива зависят от давления и

27

температуры сжатого воздуха, концентрации паров топлива и воздуха, тонкости распыла, испаряемости и химического состава топлива. Химический состав топлива является решающим фактором, определяющим температуру самовоспламенения, период задержки самовоспламенения и скорость распространения пламени в горючей смеси.

Дизельное топливо состоит из парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов. Наиболее склонны к окислению и самовоспламенению парафиновые углеводороды, более устойчивы нафтены и самые стойкие к окислению ароматические углеводороды.

Оценкой самовоспламеняемости дизельного топлива служит цетановое число (ЦЧ). ЦЧ определяют на одноцилиндровом четырехтактном двигателе ИТ9-ЗМ с переменной степенью сжатия по методу совпадения вспышек, путем сравнения самовоспламенения испытуемого дизельного топлива с эталонными топливами. Эталонными топливами являются смеси цетана, воспламеняемость которого принята за 100 единиц и альфаметилнафталина, воспламеняемость которого принята за 0.

Цетановое число дизельного топлива равно процентному содержанию (по объему) цетана в искусственно приготовленной смеси с альфаметилнафталином, эквивалентной по самовоспламеняемости испытуемому топливу. Например, если самовоспламеняемость испытуемого топлива равноценна смеси, состоящей из 45% цетана и 55% альфаметилнафталина, то цетановое число топлива равно 45.

У выпускаемых в настоящее время промышленностью топливах для быстроходных дизелей цетановое число должно быть не менее 45 ед. Однако повышение цетанового числа свыше 50 ед. не оказывает существенного влияния на работу дизельного двигателя. Таким образом, химический состав топлива влияет решающим образом на задержку его воспламенения в двигателе, а также на ряд других показателей работы.

В зависимости от климатических зон страны и условий эксплуатации автотракторной техники стандартом предусмотрен выпуск дизельного топлива трех марок: Л - летнее, 3 - зимнее, А – арктическое

(ГОСТ 305-82).

Топливо Л предназначено для дизелей, эксплуатирующихся при температуре 0°С и выше. Дизтопливо марки 3 выпускается двух видов: с температурой застывания не выше -35°С и - 45°С. Первое предназначено для использования в умеренных климатических зонах при температуре окружающего воздуха - 20°С и выше, второе - для использования в холодной климатической зоне с температурой окружающего воздуха -

28

30°С и выше. Температура застывания арктического топлива не выше - 55°С, оно предназначено для дизелей, работающих в суровых условиях Севера и Сибири при температуре воздуха – 50оС. По содержанию серы дизтопливо подразделяется на два вида: первый - содержание серы не более 0,2%, второе - не более 0,5% для топлива марок Л и 3, и не более 0;4% - для арктического топлива. Для летнего топлива в обозначение марки входят цифры, соответствующие содержанию серы в процентах и температуре вспышки; марке зимнего топлива указываются содержание серы в процентах и температура застывания; для арктического топлива - только содержание серы в процентах. Например, Л-0,2-40 означает: Л - летнее топливо с содержанием серы до 0,2% и температурой вспышки не ниже 40°С; 3-0,2-(-45)—топливо зимнее с содержанием серы до 0,2% и температурой застывания не выше - 45°С; А-0,4 - арктическое топливо с содержанием серы до 0,4%. Подвижность топлива при низких температурах характеризуется низкотемпературными свойствами, которые оцениваются температурами помутнения и застывания. Для обеспечения нормальной работы дизеля необходимо, чтобы температура застывания топлива была на 8 - 12°С низке температуры окружающего воздуха. Температурой вспышки называют минимальную температуру, при которой пары топлива, нагреваемого в закрытом тигле, образуют с окружающим воздухом горючую смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Температура вспышки характеризует огнеопасность нефтепродукта при его транспортировке, хранении и заправке, и должна быть не менее 40°С. По ТУ 38.10111348-92 предусмотрен выпуск экологически чистого дизельного топлива двух марок летнего (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной марки зимнего (ДЗЭЧ). Содержание серы у этого топлива снижено до 0,05% (вид 1) и до 0,1% (вид 11). Введена норма по содержанию ароматических углеводородов: для марки ДЛЭЧ-В - не более 20%, а для марки ДЗЭЧ - не более 10%. По ТУ 38.401-58-170-96 выпускаются дизельные топлива с улучшенными экологическими свойствами (городские) марок: ДЭК-Л, ДЭК-3, ДЭКп-Л, ДЭКп-3. Эти топлива от экологически чистых отличаются наличием присадок (летом антидымной, зимой - антидымной и депрессорной). Дымность и токсичность отработавших газов при работе дизеля на этих топливах снижается на 30 - 50%.

4.4 Последовательность выполнения работы

1. Оценить испытуемый образец дизельного топлива по внешним признакам (прозрачность, запах, цвет, наличие воды и видимых

29

невооружённым глазом механических примесей). 2. Определить для образца:

-кинематическую вязкость при 20°С;

-кислотность дизельного топлива;

-температуру вспышки;

-температуру помутнения и застывания;

-наличие серы;

-наличие водорастворимых кислот и щелочей.

3.Сравнить результаты по пунктам 1, 2 для испытуемого образца с действительными значениями по цетановому числу, кислотности, температуры помутнения и застывания, содержание серы и о наличии водорастворимых кислот и щелочей.

4.По данным анализов установить марку топлива, соответствие его ГОСТу и решить вопрос о его применении.

5.Оформить отчет и представить его на подпись преподавателю.

4.5 Оценка дизельного топлива по внешним признакам

Оценка дизельного топлива по внешним признакам выполняется теми же методами, которые рассмотрены применительно к бензинам в лабораторной работе №1. Дополнительно к тому, необходимо отметить некоторые характерные особенности, относящиеся к цвету и запаху топлив.

В связи с тем, что в дизельном топливе имеются растворимые смолы, оно в зависимости от их природы и количества имеет цвет от желтого до светло-коричневого. Чем меньше интенсивность окраски, т.е. чем светлее топливо, тем меньше в нем смолистых веществ и тем выше его качество. Запах у дизельного топлива нерезкий. Зимние и особенно арктические сорта дизтоплива мало отличаются по фракционному составу от керосинов, поэтому по запаху они схожи с керосинами.

4.6 Определение вязкости топлива

Различают вязкость абсолютную (динамическую, кинематическую) и условную.

Динамическая вязкость η - коэффициент внутреннего трения. Кинематическая вязкость ν - удельный коэффициент внутреннего

трения.

Между динамической и кинематической вязкостью существует следующая взаимосвязь

30