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

где ν - кинематическая вязкость, м /с; η - динамическая вязкость, Па.с; ρ - плотность жидкости, кг/м .

Следовательно, кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости к плотности жидкости при одинаковых температурах. Единицей измерения кинематической вязкости в системе «СИ» является м2/с или меньшая единица – мм2/с. Вязкость дизельных топлив в основном выражают в единицах кинематической вязкости и ее обычно рассматривают при оценке свойств нефтепродуктов.

Условная вязкость размерности не имеет и ею пользуется редко. Вязкость дизельного топлива оказывает большое влияние на прокачиваемость его через фильтры, движение по топливопроводам высокого давления, работу плунжерной пары, процессы распыливания и смесеобразования. Все это ограничивает пределы вязкости, которые составляют от 2 до 6 мм2/с при 20°С.

Приборы и оборудование:

-вискозиметр Пинкевича ( ВПЖ ) по ГОСТ 10028-67 с диаметром капилляра - 0,6...0,8 мм;

-груша с резиновой трубкой;

-стакан стеклянный;

-электроплитка или горелка;

-термометр ртутный лабораторный;

-секундомер.

Определение кинематической вязкости основано на измерении длительности истечения столба жидкости под действием ее силы тяжести через капилляр вискозиметра. Вискозиметры различных конструкций показаны на рисунке 6.

31

Рис. 6 - Вискозиметры:

а) вискозиметр Канон-Фенске: 1,2- трубки; 3, 4 - расширение; б) вискозиметр Пинкевича (ВПЖ-4): 1,2- колена; 3 - трубка;

в) вискозиметр ВПЖГ-2: 1,2- колена; 3 - трубка; 4 - расширение; г) вискозиметр ВПЖТ-1 (БС/ИП/СЛ): 1,2,3- трубки; 4, 5 - расширения;

д) вискозиметр Уббелоде: 1, 2, 3 -трубки; 4 - расширение; 5,6.7 - сосуды; е) вискозиметр ВНЖТ (Канон-Фенске - Опакв): 1, 2, 3 - трубки; 4, 5, 6 - резервуары:

ж) вискозиметр БС/ИП/РФ: 1,2- трубки. 3- пипетка с упором; М1...М4 - метки

Использующиеся в работе вискозиметры представляет собой 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 вискозиметра происходит при надевании и снятии резиновой трубки, поэтому при этой операции нужно осторожно держать за то колено, на которое надевается или с которого снимается резиновая трубка. Кроме того, необходимо иметь ввиду, что вискозиметр становится неработоспособным, если во внутреннюю его полость попадает вода или даже ее пары.

Конструкция прибора для определения кинематической вязкости нефтепродукта показана на рисунке 7.

32

Рис. 7 - Прибор для определения кинематической вязкости нефтепродукта:

1 - термометр; 2 - мешалка; 3 - вискозиметр; 4 -электроподогреватель; 5 -капилляр вискозиметра; 6 -термостат (баня), а, б – метки

Последовательность определения вязкости:

1.Создавая разрежение резиновой грушей, осторожно заполнить топливом расширение 4 через капилляр 1 (см. рис. 6), опущенный в емкость с испытуемой жидкостью. Когда уровень топлива достигнет М2, прекратить отсос и быстро перевернуть вискозиметр ВПЖ-4 (см. рис. 7).

2.Вертикально погрузить вискозиметр в термостат 1 (см. рис. 7) и закрепить в зажиме штатива.

3.Для дизельных топлив вязкость нормируется при 20°С, поэтому в стакане устанавливается термометр и осторожным нагреванием температура воды доводится до 20°+1°С. При этой температуре не вынимая вискозиметра из стакана, медленно насосать топливо в расширение 4 (см. рис.6), несколько выше метки М1 (метки «а» рис.7), которое затем под действием собственного веса начинает протекать через капилляр, в тот момент когда уровень жидкости достигнет метки М1, включают секундомер и останавливают его, когда уровень достигает метки М2

33

(метки «б» рис 7). Опыты повторить 5 раз, расхождение между отсчетами должно быть не более 0,4 с.

4. Из пяти полученных отсчетов взять среднее арифметическое и определить кинематическую вязкость по формуле

где ν - кинематическая вязкость при 20°С, мм2 /с; С - приводимая в паспорте постоянная вискозиметра, мм2/с2; τ - среднее время истечения жидкости при 20°С, с.

Вычисленное значение вязкости округлить до третьего знака.

4.7 Определение кислотности топлива

Коррозионные свойства топлива, как уже отмечалось, определяются не только наличием водорастворимых кислот и щелочей, воды и сернистых соединений, но и наличием органических кислот. Основными органическими кислотами, содержащимися в нефтепродуктах, являются нафтеновые кислоты, которые относятся к виду карбоновых кислот.

Нафтеновые кислоты коррозию черных металлов не вызывают, но на цветные металлы (особенно цинк и свинец) действует весьма агрессивно с образованием солей этих металлов. Содержание органических кислот в дизельном топливе ограничивается ГОСТом.

Кислотность топлива - это количество щелочи КОН в мг, необходимое для нейтрализации кислот, содержащихся в 100 мл топлива. По техническим условиям кислотность дизельных топлив не должна превышать 5 мг КОН/100мл.

В отличие от кислотности, в нормах на масла и смазки указывается предельно допустимое кислотное число. Эти два понятия не следует смешивать. Кислотное число (масел, смазок) выражают в мг едкого калия (КОН), необходимого для нейтрализации 1 г испытуемого нефтепродукта.

Необходимая аппаратура и реактивы:

-колбы конические вместимостью 250 мл;

-обратный холодильник;

-мерный цилиндр на 100 мл;

-микробюретка на 5 мл;

-часы песочные или сигнальные на 5 минут;

-водяная баня;

-электроплитки или газовая горелка;

-спирт этиловый ректифицированный , 85%-ый водный раствор;

34

-кали едкое, 0,05 титрованный спиртовой раствор;

-индикатор нитрозиновый желтый (дельта), 0,5% раствор водный или 1 % раствор фенолфталеина.

Методика проведения испытаний:

Кислотность определяют извлечением кислот из топлива кипящим этиловым спиртом с последующим титрованием извлеченных кислот спиртовым раствором едкого калия.

Общий вид собранного прибора показан на рис. 8.

В коническую колбу 2 (см. рис. 8) вместимостью на 250 мл налить 50 мл 85% этилового спирта и закрыть пробкой со вставленной в нее длинной стеклянной трубкой 3, которая служит воздушным холодильником. Колбу ставят в водяную баню 4 и при помощи закрытой электроплитки (газовой горелки) -1 доводят до кипения для удаления из него растворенной углекислоты т.е. нейтрализуют растворитель (кипятить содержимое в бане в течение 5 минут). В прокипяченный спирт добавить 50 мл испытуемого топлива и кипятить смесь 5 минут следя за тем, чтобы из холодильника не появился пар.

После кипячения в горячую смесь добавить 5...6 капель 1,0% раствора фенолфталеина (в кислой среде фенолфталеин бесцветен, в нейтральной имеет розовое, а в щелочной - малиновое окрашивание).

Замерить в бюретке число капель КОН при расходе его 2 мл, вычислив после этого средний объем одной капли. Провести титрование 0,05 спиртовым раствором КОН, который по каплям осторожно приливают из бюретки при непрерывном интенсивном перемешивании содержимого колбы. Титрирование вести до появления неисчезающего розового окрашивания сохраняющегося не менее 1 минуты (обычно после добавления 5... 10 капель КОН).

35

Рис. 8 - Прибор для определения кислотности топлива:

1 - закрытая электроплитка (газовая горелка), 2 - коническая колба; 3 -

стеклянная трубка; 4 -водяная баня

Кислотность топлива вычисляют по формуле

где n- количество раствора КОН, пошедшего на титрование, мл; Т - титр, концентрация спиртового раствора КОН, мг/мл; V - объем испытуемого топлива, мл.

Титр 0,5 нормального раствора КОН рассчитывается следующим образом: титр нормального раствора КОН содержит 56 г едкого кали, т.е. грамм-эквивалент 0,5 нормального раствора соответственно

56 . 0,05 = 2,8 г/литр,

т.к. титр имеет размерность мг/мл, то Т= 2,8 . 1000 / 1000 = 2,8 мг/мл.

4.8 Определение температуры вспышки

При транспортировке, хранении и применении пары топлива в смеси с кислородом воздуха могут вспыхнуть в случае возникновения искры от статического электричества или от другого источника воспламенения.

36

Для характеристики этого свойства топлива применяется показатель - температура его вспышки. Следовательно, температура вспышки топлива является показателем, характеризующим его пожарную безопасность при транспортировке, хранении и применении.

Температурой вспышки называется та минимальная температура топлива, при которой ее пары с воздухом образуют горючую смесь, воспламеняющуюся при поднесении источника огня.

Необходимая аппаратура: - прибор ПВНЭ.

Температуру вспышки топлива определяют в приборе закрытого типа марки ПВНЭ. Конструкция прибора показана на рис. 9.

Последовательность определения:

1.Латунный стакан 1, заполненный нефтепродуктом до метки на его внутренней поверхности, установить в тигель 8, закрыть крышкой 2 и зафиксировать ее пружинным механизмом 5.

2.Для предохранения от излишних потерь тепла закрытый тигель 8 поместить в металлическую ванну 9.

3.Включить нагреватель 6. Нагревание вести со скоростью 6...8°С в минуту (регулируя напряжение и контролируя температуру по термометру 4) и периодически перемешивая топливо мешалкой 5.

4.За 10...20°С до предполагаемой температуры вспышки скорость нагрева вести 2...3°С в мин.

5.При достижении 35...40°С начать испытание топлива. Для этого на 1 с повернуть рычаг 1 и, поднеся в паровое пространство зажженную спичку, наблюдать за появлением синего быстро потухающего пламени над поверхностью нефтепродукта. При его наличии отмеченную при этом температуру фиксируют, как температуру вспышки.

37

Рис. 9 - Прибор ПВНЭ для определения температуры вспышки:

1 - латунный стакан; 2 - специальная крышка; 3 - пружинный механизм; 4 - термометр; 5 - мешалка; 6 - зажигательное устройство; 7 - нагреватель; 8 - тигель; 9 - металлическая ванна

6. Если измерения проводились при барометрическом давлении, отличающемся от нормального значения (760 мм рт. ст.), полученное значение температуры вспышки следует привести к нормальным условиям г формуле

где tВСП 760 - температура вспышки приведенная к нормальному барометрическому давлению, °С;

tВСП 760 - определенная температура вспышки, °С; В - барометрическое давление, мм рт. ст.

4.9 Определение наличия активной серы

Присутствие серы в топливе крайне нежелательно, т.к. некоторые ее соединения вызывают сильную коррозию металлов и, в частности, меди и ее сплавов. Эти соединения условно называют активной серой. К

38

активной сере относятся - элементарная сера (S), меркаптаны (соединения вида RSH) и сероводород.

Требования ГОСТа предусматривают полное отсутствие серы. Топлива, содержащие активную серу, не допускаются к применению в ДВС. Проверка на отсутствие активной серы производится методом испытания на медную пластинку.

Применяются два метода испытания топлива - стандартный и ускоренный.

По стандартному методу испытание длится 3 часа при температуре +50°С, по ускоренному -18 минут при температуре 100°С. При наличии в топливе активной серы медная пластинка покрывается темным налетом (от серо-стального до черного цвета).

Необходимое оборудование:

-колба коническая на 150 мл;

-обратный холодильник;

-водяная баня;

-пластинки размерами 40x12x2 мм из электролитической меди;

-газовая горелка.

Порядок проведение испытания:

1. Топливо залить в небольшую коническую колбу на высоту 20...25

мм.

2.На медной проволоке подвесить тщательно отшлифованную пластинку из электролитической меди так, чтобы она была погружена в топливо на половину высоты (дотрагиваться руками до пластинки нельзя).

3.Колбу закрыть корковой пробкой с вмонтированным в ней обратным холодильником, охлаждаемым проточной водой и опустить точно на 18 мин. в кипящую баню (100°С).

4.По прошествии 18 мин. колбу вынуть из бани, медную пластинку извлечь и осмотреть. Наличие на пластинке черных, бурых, коричневых, или серо-стальных пятен, или налёта указывает на то, что топливо не выдержало испытания.

4.10 Определение температуры помутнения и застывания топлива

При охлаждении дизельного топлива вязкость его увеличивается и теряется текучесть в результате затвердения парафиновых углеводородов, из-за чего работа двигателя на таком топливе становится невозможной, т. к. в этом случае нарушается работа топливной аппаратуры.

39

Низкотемпературные свойства дизельного топлива характеризуются температурами помутнения и застывания.

Температурой помутнения называет ту температуру, при которой теряется фазовая однородность топлива. В практических условиях - это температура, при которой невооруженным глазом видны кристаллы выделяющихся твердых углеводородов.

Температурой застывания называет ту температуру, при которой топливо теряет подвижность. Уровень топлива в стандартной пробирке, наклоненной под углом 45°, должен оставаться неподвижным в течении 1 минуты.

Необходимое оборудование:

- прибор для определения температуры застывания.

Температуры помутнения и застывания определяются прибором, показанным на рисунке 10.

Порядок проведения эамера:

1.В пробирку 2 с внутренним диаметром 20+1 мм налить испытуемое топливо, предварительно проверенное на отсутствие воды. Уровень топлива, после погружения в него термометра 4 должен совпадать с меткой нанесенной на наружной поверхности пробирки и отстоящей от дна на 30 мм.

2.Закрепить термометр 4 в пробирке 2 с помощью пробки 3, и расположить его так, чтобы ртутный или спиртовой резервуар занимал центральное положение в объеме налитого топлива.

3.Для исключения переохлаждения нефтепродукта в слоях, примыкающих к стенкам пробирки 2, ее закрепляют в пробке 9 и устанавливают соосно в пробирку 6.

4.Собранный прибор вертикально погружают в стакан 7 с охлаждающей смесью 8 (спирт-сырец, охлаждаемой твердой углекислотой, или снег с поваренной солью).

5.Непрерывно помешивая топливо мешалкой 5, следят за понижением его температуры.

40