Обработка результатов испытаний.

ПО  ДИСЦИПЛИНЕ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ                                                            

                                  МАТЕРИАЛЫ и ЭТЭР

Выполнил студент группы __________

_________________________________

Проверил доцент кафедры ТД и АТЭ

Макушев Ю. П.

_________________________________

Омск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

1. Исследование основных эксплуатационных показателей

качества бензинов и дизельных топлив.----------------------------------------------3

2. Определение плотности и вязкости нефтепродуктов.------------------------10

3. Определение температуры вспышки и воспламенения

 дизельного топлива--------------------------------------------------------------------- 14

4. Оценка эксплуатационных качеств моторных масел------------------------- 17

5. Исследование свойств консистентных смазок--------------------------------- 24

6. Оценка качества охлаждающих жидкостей.-----------------------------------  28

Лабораторная работа № 1

 Исследование основных эксплуатационных показателей качества бензинов

И дизельных топлив

Цель и задачи лабораторной работы

Обучить студентов методам определения основных физико-химических свойств топлив. В результате исследования студент должен установить вид и марку топлива, сопоставить полученные результаты с требованием ГОСТ, дать заключение о качестве анализируемого нефтепродукта. Изучить марки моторных топлив и требования к ним.

Определить фракционный состав бензина, его детонационную стойкость, дизельного топлива, его способность самовоспламеняться, марки исследуемых нефтепродуктов.

Общие сведения

Для полного сгорания жидких топлив их необходимо перевести в газообразное состояние. Это осуществляется путем распыливания на  мелкие частицы и испарения под действием высоких температур. Под испаряемостью топлива понимают его способность переходить из жидкого состояния в газообразное.

Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, что бы обеспечить быстрый прогрев двигателя, хорошую динамику разгона, полное сгорание топлива на всех скоростных и нагрузочных режимах, а также исключалось образование паровых пробок в системе питания.

Жидкие нефтяные топлива представляют собой сложную смесь углеводородов, отличающихся различными молекулярными массами, плотностью, вязкостью. В отличие от воды, спирта, эфира и других жидкостей углеводородные топлива не имеют одной температуры кипения. Меньшие температуры кипения имеют легкие топлива или его фракции. С утяжелением фракционного состава топлива температура кипения увеличивается. При этом под фракцией понимается часть топлива, испарившаяся в определенном интервале температур.

Испаряемость является важным показателем топлива, оказывающим значительное влияние на эксплуатационные показатели двигателя. От полноты испарения топлива зависит легкость пуска, мощностные, экономические и экологические показатели двигателя, интенсивность механического износа, нагарообразование и долговечность. Так, наличие большого количества неиспарившегося топлива в начале процесса сгорания в бензиновом двигателе сопровождается затягиванием процесса сгорания, в результате чего снижаются мощностные и экономические показатели двигателя, увеличивается токсичность отработавших газов. Попадая на стенки цилиндров, капли неиспарившегося топлива смывают с них пленку смазочного масла, что приводит к повышенному износу цилиндропоршневой группы.

Применение топлива тяжелого фракционного состава для быстроходных автотракторных дизелей приводит к увеличению расхода топлива, ухудшению пуска, повышению нагарообразования, закоксованию форсунок, ускорению износа цилиндропоршневой группы, увеличению дымности и токсичности отработавших газов. Применение топлива легкого фракционного состава увеличивает жесткость работы дизеля, повышает утечки топлива в прецизионных парах топливоподающей аппаратуры, повышает их износ вследствие снижения смазочных свойств топлива.

Фракционный состав жидких топлив определяют путем перегонки. По результатам перегонки строится график, показывающий зависимость объема отогнанного топлива от температуры, который называется кривой перегонки (рис.1.1). 

1 и 6 – начало перегонки бензина и ДТ; 2 и 7 – температура, определяющая пусковые качества бензина и ДТ; 3 температура, определяющая среднюю (рабочую) испаряемость бензина (t _50%); 4 и 8 – температура, характеризующая наличие в топливе тяжелых фракций, смол; 5 и 8 - конец разгонки;

По характерным точкам на кривой можно судить об основных эксплуатационных качествах топлива.

 Бензины. По ГОСТу Р51105-97 выпускается четыре вида бензинов – Нормаль 80, Регуляр 91, Премиум 95, Супер 98. Все бензины не этилированные. В таблицах 1.3, 1.4 и 1,5 приведены основные физико – химические свойства и эксплуатационные показатели бензинов и дизельных топлив.

Октановое число бензина характеризует его способность противостоять детонационному (взрывному) сгоранию. Определяется на одноцилиндровой установке моторным ( n=900 мин^-1 ) или исследовательским ( n=600 мин^-1 ) методами. Для оценки октанового числа в настоящее время применяют также переносные октанометры. Например бензин марки Аи-80, это автомобильный бензин с октановым числом 80, которое определено исследовательским методом. Цифра 80 показывает, что если взять эталонную смесь из 80% изооктана C₈ H₁₈ (октановое число 100) и 20% гептана C₇ H₁₆ (октановое число 0), то она имеет одинаковые антидетонационные характеристики с бензином, которому присвоили марку Аи-80. Октановое число, определённое исследовательским методом выше на 4¸10 единиц. Это связано с тем, что частота вращения вала двигателя в 1,5 раза меньше, чем при моторном методе. Время на процесс сгорания увеличивается, что является благоприятным для образования очагов самовоспламенения (перекисей). При этом нужно меньше гептана, чтобы вызвать детонационное сгорание (октановое число увеличивается).

Стандарты на автомобильные бензины предусматривают обязательное определение температур начала кипения, а также выкипания 10%, 50%, 90% топлива и конца кипения.

    Температура начала кипения (t_нк) характеризует наличие в топливе легкокипящих углеводородов, обуславливающих потери легких фракций при хранении топлива под воздействием тепла окружающей среды.

Температура выкипания 10% топлива (t_10%) характеризует пусковую фракцию, по которой судят о пусковых качествах топлива. Чем меньше эта температура, тем при более низкой температуре возможен запуск двигателя.

 Температура выкипания 50 % топлива (t_50%) характеризует среднюю испаряемость рабочей фракции (от 10% до 90% по кривой перегонки). Она влияет на скорость прогрева двигателя, приёмистость, которая определяется возможностью быстрого обогащения или обеднения топливовоздушной смеси на различных режимах. Чем ниже t_50%, тем однороднее его состав и круче поднимается в средней части кривая перегонки, тем лучше динамика разгона и устойчивость работы двигателя.

Температура выкипания 90 % топлива (t_90%) определяет конец перегонки рабочей фракции. Чем выше эта температура, тем больше в топливе тяжелых углеводородов, вызывающих ухудшение технико-экономических показателей двигателя и его приемистости.

Температура конца кипения характеризует хвостовые фракции. Они крайне нежелательны в топливе, т.к. испаряются не полностью, вызывают удаление смазки с гильз цилиндров, разжижение моторного масла, нагарообразование. Чем меньше интервал температур t_90% до конца кипения, тем выше качество топлива.

 Дизельные топлива. Стандартами на дизельное топливо (таблица 1.5) регламентируются температуры выкипания 50% и конца перегонки 96% топлива.   

  Температура выкипания 50% дизельного топлива (t_50%) характеризует его пусковые свойства. Чем ниже эта температура, тем лучше пусковые свойства топлива, мягче работа двигателя.

Температура выкипания 96% топлива (t_96%) позволяет оценить хвостовые фракции, определяемые присутствием в топливе тяжелых углеводородов. Чем меньше эта температура, тем качественнее топливо, лучше полнота его испарения, ниже склонность к образованию нагара и сажи.

 Главным требованием к дизельным топливам является его способность самовоспламеняться. Температура самовоспламенения это минимальная температура, при которой пары нагретого топлива, смешанные с воздухом, воспламеняются самостоятельно. Температура самовоспламенения должна быть не более для летнего (Л) 310 ⁰С, зимнего (З) 240 ⁰С, арктического (А) 230 ⁰ С. Для определения цетанового числа используется одноцилиндровый отсек с переменной степенью сжатия. Начало подачи топлива и его воспламенение определяется при помощи неоновых лампочек, расположенных у маховика. Питание на лампочки подается при помощи контактов, которые замыкаются при подъеме иглы распылителя и прогиба мембраны датчика давления. Дизельный двигатель работает при частоте вращения вала 900 мин ^-1 с опережением впрыска топлива в 13 градусов до ВМТ.    Изменяя степень сжатия, добиваются того, чтобы впрыснутое топливо воспламенялось при положении поршня в ВМТ. В этом случае период задержки воспламенения будет равен 13 градусам поворота коленчатого вала двигателя. За период задержки воспламенения мелкие капли топлива прогреваются, так как температура воздуха в конце такта сжатия достигает 500-600 ⁰ С, испаряются, газифицируются, вступают в реакцию с кислородом воздуха и самовоспламеняются.

Цетановое число характеризует способность топлива самовоспламеняться. Для оценки цетанового числа используют углеводородное топливо (эталон) цетан С₁₆H₃₄ c хорошей способностью самовоспламеняться (Ц.Ч.=100) и алфаметилнафталин С₁₁Н₁₀ с плохой самовоспламеняемостью (Ц.Ч.= 0). Подбирая эталонную смесь, например, 47% цетана и 53% альфаметилнафталина добиваются того, чтобы эта смесь имела период задержки воспламенения 13 градусов (эталонная смесь должна воспламениться в ВМТ). При этом Ц.Ч. исследуемого топлива будет 47. Оптимальное значение Ц.Ч. должно быть 45-55. В данной лабораторной работе Ц.Ч. определяется переносным цифровым цетанометром.

Октановое число бензина и цетановое число дизельного топлива определяют при помощи переносного октанометра-цетанометра.

Для выполнения лабораторной работы необходимы: прибор для разгонки нефтепродуктов, мерные цилиндры на 10 и 100 мл, образцы нефтепродуктов, октанометр и цетанометр.

Фракционный состав жидких топлив определяется по ГОСТ 2177-82 путем перегонки 100 мл топлива на отдельные фракции. На рис. 1.2 показана принципиальная схема прибора для перегонки жидких топлив.

Прибор состоит из стеклянной колбы 5 с отводной трубкой, холодильника 7, выполненного в виде водяной ванны с проходящей в ней металлической трубкой и приемника конденсата – мерного цилиндра 8 на 100 мл. Нагрев колбы осуществляется электрической плиткой 4 с регулятором нагрева. Для замера температуры перегонки колба снабжена термометром 6, положение установки которого показано на позиции 9. Для обеспечения безопасности работы колба закрывается кожухом. Конструкция аппарата разгонки нефти (АРН) совершенствуется. В последней модификации все его элементы расположены в одном корпусе. Температура нагрева регулируется реостатом 1 путем изменения напряжения, подаваемого в цепь питания электроплитки. Напряжение измеряется вольтметром 2. Прибор подключается к сети при помощи выключателя 3.

Порядок выполнения работы

При помощи измерительного цилиндра отмеряется 100 мл топлива, которое переливается в колбу. Колба закрывается пробкой с термометром, установленным таким образом, чтобы ртутный шарик находился на уровне нижнего края отводной трубки (рис. 1.2). Колба устанавливается на электроплитку и закрывается кожухом. Отводную трубку колбы соединяют с трубкой холодильника. Под нижний конец трубки холодильника устанавливается измерительный цилиндр. Холодильник подключается к холодному водопроводу, использованная вода отводится в канализацию.

Включается нагревательный прибор, напряжение устанавливается на 100 В и производится нагревание колбы так, чтобы первая капля сконденсировавшихся паров упала из трубки холодильника в измерительный цилиндр Записывается температура падения первой капли, которая условно принимается за температуру начала перегонки. Дальнейшая перегонка производится со скоростью 4-5 мл/мин. Показания термометра записываются через 10 мл (см³) перегонки дистиллята.

Результаты опыта

Определяем температуру начала каплепадения и температуру, при которой испарилось 10%, 20% и так далее топлива.Результаты перегонки бензина и дизельного топлива заносим в табл. 1.1.

                                                                                                                                 Таблица 1.1

По полученным температурам строится график перегонки (рис. 1.1). Составляется таблица 1.2, в которую вносятся результаты опыта для бензина.  Результаты сравниваются с ГОСТом (таблицы 1.3, 1.4, 1.5). Записывают также значения октанового и цетанового числа бензина, ДТ и анализируют их значения согласно ГОСТов 51105-97 и 305-82.

Таблица 1.2.

Паспорт на исследуемое топливо (бензин класса испаряемости 2)

Таблица 1.3

Показатели автомобильных бензинов (ГОСТ Р51105-97)

Таблица 1.4

Испаряемость бензинов.

Таблица 1.5

Отечественные дизельные топлива (ГОСТ 305-82)

 Выводы по работе.

1. Октановое число бензина определенное по моторному методу 82, по исследовательскому – 91. Бензин Регуляр 91 (Аи-91)

2. Цетановое число дизельного топлива 46, плотность 840 кг/м³, кинематическая вязкость 4 мм²/с, топливо зимнее.

Лабораторная работа № 2

Определение плотности и вязкости нефтепродуктов

2.1 Цель и задачи лабораторной работы

Формирование и закрепление знаний по разделу курса «Моторные топлива». В результате исследования нефтепродукта по плотности и вязкости необходимо определить вид топлива и дать заключение о его эксплуатационных качествах.

Приобрести навыки и умения при определении плотности и вязкости бензинов и дизельных топлив.

2.2.Общие сведения

Плотность и вязкость нефтепродуктов являются важными параметрами, характеризующими их эксплуатационные свойства. От них зависит качество распыливания и полнота сгорания топлива, надежность смазки трущихся поверхностей.

Плотность – это физическая величина, характеризующая массу вещества (m), содержащуюся в единице объема(V).

r = m / v.(кг.м³)                                        (2.1)

Она обозначается ρ и имеет размерность в системе СИ – кг/м³, в системе СГС – г/см³. Определяется плотность с помощью нефтеденсиметров или ареометров по ГОСТ 3900-47.                                     

Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной частицы относительно другой.

Различают абсолютную (динамическую и кинематическую) и условную вязкости.

  Динамическая вязкость (m) представляет собой коэффициент внутреннего трения, равный по величине отношению силы трения, действующей на поверхность жидкости при градиенте скорости, равном единице, к площади этого слоя.

 В системе СИ динамическая вязкость измеряется в Н.с.м.^-2 или Па_*с (Паскаль – секунда) – это вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 м², находящихся на расстоянии 1м друг от друга и перемещающихся относительно друг друга со скоростью 1 м/с, с силой в 1Н.

Кинематической вязкостью (υ_t) называется коэффициент внутреннего трения или отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности при температуре t:

υ_t = μ / ρ,                                                   (2.2)

  Измеряется кинематическая вязкость в системе СИ в м²_*с^-1, в системе СГС в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт):

1 Ст = 1 см²_*с^-1 = 100 сСт = 10^-6 м²_*с^-1

  Условная вязкость – величина безразмерная, показывающая, во сколько раз вязкость нефтепродукта больше или меньше вязкости дистиллированной воды при 20^оС. Условную вязкость выражают в градусах условной вязкости, ^оУВ_t.

 Наиболее широко в ГОСТах на нефтепродукты применяется кинематическая вязкость. Она определяется по ГОСТ 33-82 с помощью стеклянных капиллярных вискозиметров (ГОСТ 10028 – 81). Динамическая вязкость используется при расчете сил трения, например в подшипниках скольжения.

 При большой вязкости нефтепродуктов затрудняется их прокачиваемость по трубопроводам и магистралям, через фильтры, что затрудняет подвод масел к трущимся поверхностям и создает большие сопротивления при работе узлов, приводящие к снижению к.п.д. механизмов. Повышение вязкости топлив приводит к плохому распыливанию его при впрыске.

При использовании нефтепродуктов малой вязкостью ухудшаются смазочные свойства масел и дизельных топлив, в результате чего возрастает износ топливной аппаратуры дизелей, увеличивается подтекание топлива через форсунки и зазоры в плунжерных парах, затрудняется обеспечение условий жидкостного трения в подшипниках скольжения.

 Вязкость и плотность жидкостей существенно зависят от температуры. При ее увеличении вязкость и плотность снижаются, при уменьшении – возрастают вплоть до полной потери подвижности. Свойство нефтепродуктов изменять свою вязкость при различных температурах называется вязкостно-температурным свойством. Поскольку нефтепродукты, а особенно моторные и трансмиссионные масла, работают в широком диапазоне температур необходимо, чтобы они обладали достаточной вязкостью, обеспечивающую надежность масляного слоя при рабочих температурах (100^оС), а при низких имели достаточную подвижность.  

  Существующими ГОСТами устанавливаются плотность и вязкость дизельных топлив при 20^оС, кинематическая вязкость моторных и трансмиссионных масел при 100^оС, вязкостно-температурные свойства масел по максимально допустимому отношению кинематической вязкости при 50^оС к кинематической вязкости при 100^оС. Для зимних сортов масел – n₅₀/n₁₀₀£4, для летних £6.

Значения кинематической вязкости и плотности нефтепродуктов также используются в расчетах топливных и масляных систем, при пересчете нефтепродуктов из весовых единиц в объемные, для учета при транспортировке и при заправке баков.

2.3. Приборы и принадлежности

Набор нефтеденсиметров (ареометров) по ГОСТ 1289-76, цилиндры стеклянные, термометр ртутный с ценой деления 1^оС, вискозиметры капиллярные ВПЖ-2 или ВПЖ-4 по ГОСТ 10028-81, штатив, баня для вискозиметра, термостат, секундомер, резиновая груша, образцы нефтепродуктов.

2.4. Определение плотности

В стеклянный цилиндр, установленный на прочный горизонтальный стол, осторожно наливают испытуемый нефтепродукт, температура которого не должна отличаться от температуры окружающей среды более чем на ± 5^оС. В нефтепродукт медленно и осторожно опускают чистый и сухой ареометр, держа его за верхний конец, до момента его свободной плавучести (рис 2.1). Отсчет показаний производится по верхнему краю мениска. При отсчете глаз должен находиться на уровне мениска.

Температуру нефтепродукта устанавливают или по термометру нефтеденсиметра (ареометра) или измеряют дополнительным термометром.

Обработка результатов испытаний.

Если температура нефтепродукта в момент определения плотности отличалась от установленной, необходимо ввести температурную поправку. Тогда плотность при 20^оС определяется по формуле:

ρ₂₀ = ρ_t + к (t -20),                        (2.3)

где ρ₂₀ и ρ_t  - плотность нефтепродукта при 20^оС и при температуре измерения;

к – температурная поправка плотности;

t – температура испытаний, ^оС.

Среднее значение температурных поправок на плотность нефтепродуктов приведены в таблице 4.1.

Плотность бензинов стандартами не нормируется. Она используются для ориентировочной оценки вида топлива и при пересчете нефтепродуктов из весовых единиц в объемные для обеспечения их учета при транспортировках и отпуске при заправке в бак.

Плотность основных нефтепродуктов при 20 ^оС может лежать в следующих пределах:

1. Бензины                          - 700-780 кг/м³ ,

2. Дизельные топлива       - 830-860 кг/м³ ,

                     3. Моторные масла            - 900-910 кг/м³.